JP4754325B2 - 無線基地局およびチャネル割当方法 - Google Patents

Description

本発明は、個々の端末との間に、単数または複数の通信チャネルを割当てて無線通信を行なう無線基地局およびチャネル割当方法に関する。

従来、無線基地局と、その無線基地局と通信する端末からなる無線通信システムにおいて、無線基地局がチャネルを割当てる時には、優先度の高いチャネルから選択し、希望波対干渉波電力比が所定の閾値以上であったとき、そのチャネルを割り当てている。この所定の閾値は、該チャネルの優先度によって異なった値としている。各チャネルの優先度は、各無線基地局が定めており、優先度を決める際は、各チャネルの干渉波電力を測定し、その値が所定値未満のときその優先度を上げ、所定値以上のとき優先度を下げている。このように、現在接続している移動局の各チャネルの希望波対干渉波電力比から割当ての判断を行っている（例えば、特許文献１）。
特開平０６−１９７０７９号公報

しかしながら、特許文献１に示す方式では接続の順番により先に接続した端末は干渉の少ないチャネルが割当てられ、後に接続する端末は干渉が大きいチャネルを割当てられることになり、割当てる順番により端末毎の干渉量の差ができてくる。単一キャリア周波数割当では特に問題はないが、本提案である複数のキャリア周波数及び空間チャネルを割当てる場合は接続する端末の順番により、更に端末毎の干渉量の差ができてくる。また、複数のチャネルを割当てる場合、干渉の少ない端末のチャネルは、新規に接続する端末のチャネルと同じになる場合がある。お互い離れており干渉が少ない場合は問題ないが、移動しお互いが近づいた場合、急激に全チャネルの希望波対干渉波電力比が悪化する危険性がある。このように複数のキャリア周波数を割当てる場合、単にその時々の各端末のＳＩＮＲ（Ｓｉｇｎａｌ ｔｏ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ ａｎｄ Ｎｏｉｓｅ Ｒａｔｉｏ）などの受信品質から割当てると端末毎に干渉が少ない端末と干渉が多い端末の差が生じ易いので、端末毎のスループットに格差が生じ、端末の公平性を保つことができない。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、その目的は、全端末のスループットの合計であるシステム全体のスループットを向上させつつ、端末毎のスループットの格差の少ない無線基地局およびチャネル割当方法を提供することにある。

この発明は上述した課題を解決するためになされたもので、以下の手段を採用した。
本発明に係る無線基地局は、個々の端末に対して、１あるいは複数の通信チャネルを割当てて無線通信を行なう無線基地局において、前記通信チャネルの割り当てを制御する制御手段を備え、前記制御手段は、前記端末に割当てられている各通信チャネルの通信状態に基づいて、最も通信状態の悪い端末を選定し、前記最も通信状態の悪い端末において、干渉を受けている通信チャネルを推定し、前記推定された干渉を受けている通信チャネル毎に、干渉関係にある端末を選定し、選定した前記干渉関係にある端末の中から、前記最も通信状態の悪い端末と干渉しあっている端末を前記通信チャネル毎に選定し、前記通信チャネル毎に選定した前記最も通信状態の悪い端末と干渉しあっている端末の中から、最も通信状態の良い端末を選定し、前記選定した最も通信状態の良い端末において、前記最も通信状態の悪い端末へ干渉を与えている通信チャネルの割当てを削除して、新規に通信を行う端末に該削除した通信チャネルを割り当てるように制御する、ことを特徴とする。

本発明に係るチャネル割当方法は、個々の端末に対して、１あるいは複数の通信チャネルを割当てて無線通信を行なう無線基地局におけるチャネル割当方法において、前記端末に割当てられている各通信チャネルの通信状態に基づいて、最も通信状態の悪い端末を選定するステップと、前記最も通信状態の悪い端末において、干渉を受けている通信チャネルを推定するステップと、前記推定された干渉を受けている通信チャネル毎に、干渉関係にある端末を選定するステップと、選定した前記干渉関係にある端末の中から、前記最も通信状態の悪い端末と干渉しあっている端末を前記通信チャネル毎に選定するステップと、前記通信チャネル毎に選定した前記最も通信状態の悪い端末と干渉しあっている端末の中から、最も通信状態の良い端末を選定するステップと、前記選定した最も通信状態の良い端末において、前記最も通信状態の悪い端末へ干渉を与えている通信チャネルの割当てを削除して、新規に通信を行う端末に該削除した通信チャネルを割り当てるように制御するステップと、を含む、ことを特徴とする。

この発明によれば、通信チャネル削減による影響が少なく、公平性が向上し、その結果、全端末のスループットの合計であるシステム全体のスループット向上が可能である。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。図１は、この発明の一実施形態によるチャネル割当システムの構成を示す概略ブロック図である。１０は、複数のアンテナを用いて、端末からの信号を受信する無線基地局である。無線基地局１０は、その受信において伝搬路情報を取得する手段と、複数のアンテナと、複数のキャリア周波数に対して前記伝搬路情報からそれぞれ指向性とヌルを形成し送信する送信手段とを有している。無線基地局１０は、これらの手段を用いて、複数の端末に同一のキャリア周波数で、異なる空間チャネルを割当てるＳＤＭＡ（Ｓｐａｔｉａｌ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ａｃｃｅｓｓ）システムであると同時に、複数の異なるキャリア周波数（空間チャネル）に対してそれぞれ異なる情報を送信する手段を用いて複数の異なるキャリア周波数で同一の端末に送信する。端末１、２は、無線基地局１０と通信する単一または複数のアンテナを用いて複数の異なるキャリア周波数に対してそれぞれ送受信する手段と、複数の異なるキャリア周波数に対してそれぞれ異なる独立に処理が可能な送受信処理を行う無線部、ベースバンド部などと、それぞれの受信情報を合成する手段を有する。

本チャネル割当システムでは、端末１、２が受信品質（ＳＩＮＲなど）を無線基地局１０に送信する。無線基地局１０は、その受信品質に応じて決定される変調クラスによる送信レートと割当てスロット数やキャリア周波数（空間チャネル）の割当数から算出される想定送信スループットからある期間の平均送信スループット（ＡＴＰ）を算出する。さらに、通信チャネル毎のＡＴＰ（ＳＣＴＰ）からあるキャリア周波数におけるＳＣＴＰの総和であるスループット（ｆＴＰ）を算出し、通信チャネル毎のＡＴＰ（ＳＣＴＰ）からある端末におけるＳＣＴＰの総和であるスループット（ＵＴＰ）などを算出し、各算出したスループットから接続する端末数に応じて割当て処理を行う。割当例として、図１では、端末１に周波数ｆ１とｆ２、端末２には周波数ｆ１、ｆ３を割当て、周波数ｆ１は空間多重による異なる空間チャネルにより端末１と端末２に同じ周波数を割当てている。ここで、キャリア周波数（ＣＦ）の数をＫ、空間チャネル（ＳＣ）数をＬ、端末に割当てる通信チャネル（ＵＳＣ）数をＭ、基地局に接続する端末数をＮとし、以下、無線基地局１０に接続する端末数Ｎと割当てるキャリア周波数および空間多重による空間チャネルの組み合わせ処理を説明する。尚、端末に割当てる通信チャネル数は基本的に割当てられる最大数とし、端末への割当数の端末間での差が１以下になるまで割当処理を行う。
［実施形態１］
端末数Ｎに応じた、通信チャネル割当てのフローチャートを図２に示す。このフローチャートにおけるステップＳ１〜Ｓ４の処理内容を以下に説明する。

（Ｓ１）Ｎ≦Ｋ／Ｌ、Ｍ＝Ｌの場合（端末の数がキャリア周波数以下で空間多重はなし）
それぞれ異なるキャリア周波数を割当てることができるので適宜割当てる。尚、割り当て方法として、ランダム的に割当てたり、端末の位置（ＧＰＳなどの位置情報など）による干渉の影響や移動可否、周波数ダイバシティ効果のある周波数（割当て周波数をある程度離す）などから割当ててもよい。ここで、Ｋ＝５、Ｌ＝２、Ｍ＝２、Ｎ＝２とした場合の割当例を、図３（ａ）（周波数毎）の（１）と図３（ｂ）（端末毎）の（１）に示す。

（Ｓ２）Ｋ≧Ｎ＞Ｋ／Ｌ、Ｍ＝Ｌの場合（端末の数がキャリア周波数以下で空間多重はあり）
（Ｓ１）において、それぞれ異なるキャリア周波数を割当てることができたが、さらに端末が追加されて、基地局に接続する場合、１つのキャリア周波数に複数の端末を割当てる空間多重を行い、端末にはあるキャリア周波数の空間チャネルとして割当てることとなる。尚、ここでは１つの端末に複数の通信チャネルを割当てる場合、異なるキャリア周波数の通信チャネルを割当て、同じキャリア周波数の通信チャネルは割当てないこととする。これは、同じキャリア周波数の通信チャネルを１つの端末に複数割当て、そのキャリア周波数に干渉があった場合、通信品質が急激に悪化することを防ぐためである。複数のキャリア周波数を割当てることで、１つの通信チャネルに干渉があっても、他の通信チャネルで同時に干渉が起きることは少ないので、同じ周波数の通信チャネルを割当てるより通信品質が急激に悪化する可能性は少ない。割り当て方法の手順は、以下のａ１〜ａ３のようになる。

（ａ１）空き通信チャネルが多い周波数を優先的に割当て、複数ある場合は（Ｓ１）と同じ割当方法となる。

（ａ２）空き通信チャネル数が同じ場合は、その空間チャネルを割当てられている端末のスループット（ＵＴＰ）を比較し、ＵＴＰが一番高い端末が割当てられているキャリア周波数を割当て候補とする。

（ａ３）その候補のキャリア周波数において、キャリア周波数毎のスループット（ｆＴＰ）を比較し、一番高いキャリア周波数の通信チャネルを割当てる。

ここで、Ｋ＝５、Ｌ＝２、Ｍ＝２、Ｎ＝３〜５とした場合の割当例を図３（ａ）（周波数毎）の（２）と図３（ｂ）（端末毎）の（２）に示し、本実施形態における（Ｓ２）の割当処理の動作を説明する。

（Ｓ１）の状態から更に端末（端末３）が追加されて、無線基地局１０に接続する場合、１つの周波数は空いているキャリア周波数ｆ５を割当てる（ａ１）が、これで全てのキャリア周波数が使用されるので、次には空間多重を行い割当てることになる。候補としては、同じ周波数を割当てないのでｆ１〜ｆ４の空き空間チャネルＣ２のいずれかを割当てる事になる。ここで、各端末の端末想定スループット（ＵＴＰ）を比べたとき、例えば、ＵＴＰ１＜ＵＴＰ２であった場合、ＴＰが低い端末１への通信品質の影響を少なくするために、端末２に割当てられているキャリア周波数ｆ３、ｆ４の空き空間チャネルを割当て候補とする（ａ２）。次にその候補において、周波数スループット（ｆＴＰ）を比較し、例えば、ｆＴＰ３＞ｆＴＰ４であった場合、端末３へのもう１つの通信チャネル割当てはキャリア周波数ｆ３の通信チャネルとなる（ａ３）。

次に、更に端末（端末４）が追加されて、接続する場合、端末毎のＴＰが、例えば、ＵＴＰ１＞ＵＴＰ３＞ＵＴＰ２であった場合、端末３追加の場合と同様にＵＴＰが高い順に割当てキャリアの候補とする。ここでは、Ｍ＝２なので端末１と端末３に割当てられているキャリア周波数の空き空間チャネルが端末４への割当て候補となる（ａ２）。そこで、まず端末１の割当てキャリア周波数からの空き空間チャネルの選択として、割当てキャリア周波数はｆ１とｆ２があり、例えば、ｆＴＰ１＞ｆＴＰ２であった場合、ｆ１の空き空間チャネルを端末４へ割当てる。次に端末３の割当てキャリア周波数からの空き空間チャネルの選択として、割当てキャリア周波数はｆ３とｆ５があるがｆ３の空間チャネルは空がないので自動的にｆ５を選択することになる。よって、端末４にはｆ１とｆ５の空間チャネルが割当てられる（ａ３）。

次に、端末（端末５）が追加されて、接続する場合は、空きの空間チャネルはｆ２とｆ４のキャリア周波数のみなので、そのキャリア周波数の空き空間チャネルを自動的に割当てることとなる（ａ１）。

（Ｓ３）ＫＬ＞Ｎ＞Ｋ、Ｍ≦Ｌの場合（端末の数がキャリア周波数×空間チャネルより少ない）
更に端末が追加される場合、（Ｓ２）において全通信チャネルを割当てて空間多重を行っており、新規に割当てる空き通信チャネルはない。そこで、既に接続している端末に割当てている複数の通信チャネルから下記条件により選択した通信チャネルを減らし、その通信チャネルを新規に接続する端末に割当てる。本実施形態では空間多重により異なる端末が同じ周波数を使用していることからそれぞれの干渉の影響でＴＰが悪化している端末の通信チャネルを新規端末に割当てることで干渉の影響を軽減し、最終的にシステム全体のスループットが向上することとなる。干渉によりＴＰが低下している端末を選択する方法として、既存端末に割当てている複数の通信チャネルのＴＰ（ＳＣＴＰ）の中から最大値（ＳＣＴＰｍａｘ）と各通信チャネルのＳＣＴＰの差が予め決めた閾値１（ＴＨ１）以上（ＳＣＴＰｍａｘ−ＳＣＴＰ＃＃≧ＴＨ１）であった場合、その端末は干渉の影響を受けていると見なす。

割当て手順は、以下のｂ１〜ｂ６のようになる。

（ｂ１）Ｍｍａｘ−Ｍ＝０である端末を選別。

（ｂ２）それらの端末に割当てられている複数の通信チャネルのＳＣＴＰ中の最大値（ＳＣＴＰｍａｘ）とそれ以外の各通信チャネルのＳＣＴＰとの差が予め決めた閾値１（ＴＨ１）以上（ＳＣＴＰｍａｘ−ＳＣＴＰ＃＃≧ＴＨ１）である通信チャネルを選別。

（ｂ３）閾値１以上である通信チャネル数をＴ１Ｎ（≠Ｌ）とし、対象通信チャネル数により、以下の（ア）〜（ウ）の割当処理を行う。

（ア）Ｔ１Ｎ＝１の場合は干渉により悪化している通信チャネルが１つあることになるので、その条件を満たす空間チャネルのキャリア周波数が割当てられている他の端末のＳＣＴＰが閾値２（ＴＨ２）以下であったならば、その閾値２を満たす通信チャネルの割当てを削除し、新規に接続した端末にその通信チャネルを割当てる。

（イ）１＜Ｔ１Ｎ＜Ｌの場合は、干渉により悪化している通信チャネルが複数ある場合なので、その候補毎に同じキャリア周波数を割当てられている他の端末のＳＣＴＰが閾値２（ＴＨ２）以下であるか確認する。閾値２の条件を満たす通信チャネルが１つである場合は、その通信チャネルの割当てを削除し、新規に接続した端末にその通信チャネルを割当てる。閾値２の条件を満たす通信チャネルが複数ある場合は、その条件を満たす端末のＵＴＰの中で一番高いＵＴＰの端末の通信チャネルを削除し、新規に接続した端末にその通信チャネルを割当てる。

（ウ）Ｔ１Ｎ＝０の場合、端末は下記の環境下であると考えられ、干渉の影響がある空間チャネルの特定ができない。

・通信チャネルヘの干渉の影響が少ない
・通信チャネルの全てに干渉の影響がある
・干渉の影響が少なく、かつＣ／Ｎ特性が良い
・干渉の影響は少ないがＣ／Ｎ特性が悪く、スループットの悪化はＣ／Ｎの影響
が支配的である
この場合、干渉がある通信チャネルの特定ができないので、前記の様に干渉の通信チャネルを減らし、新規端末に割当てることで干渉を軽減することによるＴＰの向上が期待できない場合がある。そこで、実際の影響は上記いろいろあるが、予め決めた閾値３（ＴＨ３）に対してＳＣＴＰ≦ＴＨ３の条件を満足する空間チャネルを選別し、その数をＴ３Ｎとする。

Ｔ３Ｎ＝１の場合、その条件を満たす通信チャネルのキャリア周波数に割当てられている他の端末のそのキャリア周波数のＳＣＴＰが閾値２以下であったならば、その端末の通信チャネルの割当てを削除し、新規接続した端末にその通信チャネルを割当てる。ここで、新規端末に割当てた通信チャネルが干渉により閾値３以下であったとすると、お互い干渉を与えていた通信チャネルの一方が新規端末に割当てられたため、もう一方の端末のＴＰが向上し、かつ新規端末のＴＰと合わせて、結果システムのＴＰ（ＳＴＰ）は向上する。また、干渉による悪化でなくても、例えばＣ／Ｎ悪化によるものであった場合は相手の端末は閾値２の条件を満足しない場合が多いので、干渉による影響を受けている端末に割当処理が適用される確率は高い。

１＜Ｔ３Ｎ＜Ｌの場合、その条件を満たす通信チャネルが複数ある場合、その候補毎に同じキャリア周波数を割当てられている他の端末のＳＣＴＰが閾値２（ＴＨ２）以下であるか確認し、閾値２の条件を満たす通信チャネルが１つである場合はその通信チャネルの割当てを削除し、新規に接続した端末にその通信チャネルを割当てる。閾値２の条件を満たす通信チャネルが複数ある場合は、その条件を満たす端末のＵＴＰの中で一番高いＵＴＰの端末の通信チャネルを削除し、新規に接続した端末にその通信チャネルを割当てる。

（ｂ４）ｂ１からｂ３の条件処理において、全通信チャネルが閾値２の条件を満たす事ができない場合は、次に低いＵＴＰの端末を対象に最初から繰り返す。

（ｂ５）ｂ１からｂ４の条件を満たさない場合は、ｂ１からｂ３の条件処理において、閾値２を考慮せず、該当する他の端末の通信を削除し、新規端末に割当てる。

（ｂ６）割当処理により端末の通信チャネル数Ｍは変動するが、公平性を保つ為に割当チャネル数も端末毎に同等とするため、端末に割当ている通信チャネル数の最大をＭｍａｘ、最小をＭｍｉｎとすると、Ｍｍａｘ−Ｍｍｉｎ≦１となるまでｂ１からｂ５の割当処理を行う。

ここで、Ｋ＝５、Ｌ＝３、Ｍ＝３、Ｎ＝６とした場合の割当例を図４（ａ）（周波数毎）と図４（ｂ）（端末毎）に示し、本実施形態における（Ｓ３）の割当処理の動作を説明する。

端末１〜端末５までは既に無線基地局１０に接続している端末であり、前記（Ｓ１）と（Ｓ２）の方法により、図４の“（３）割当前”に示す通りに全通信チャネルを割当てられている状態である。ここで、新規に端末６が追加され、無線基地局１０と接続し通信する場合の空間チャネルの割当の動作を説明する。まず、スループットの表現を分かり易くするために各端末のスループット（ＴＰ）を１（一番低い）から１０（一番高い）の範囲の数値として擬似的に表し、またキャリア周波数毎のスループットｆＴＰ （３〜３０）、端末毎のスループットＵＴＰ（３〜３０）、システム全体のスループットもイメージとして数値で表し、これらの値は、図４（ａ）および（ｂ）の“（３）割当前”に示す値であり、閾値１は「６」、閾値２は「３」であるとして説明する。

Ｍｍａｘ−Ｍ＝０である端末１から端末５の中で、ＵＴＰが一番低いものは、図４（ｂ）“（３）割当前”より、ＵＴＰ＝１４の端末１である（ｂ１）。そこで、端末１のＳＣＴＰの最大値はキャリア周波数ｆ１の通信チャネルＣＣ１（ｆ１Ｃ１）の１０であるので、その値「１０」とその他の通信チャネルのＳＣＴＰとの差が、閾値１以上であるか確認すると、通信チャネルＣＣ２（ｆ２Ｃ１）は、１０−１＝９、通信チャネルＣＣ３（ｆ３Ｃ１）は、１０−２＝８とともに該当することになる。よって、端末１のキャリア周波数ｆ２とｆ３は干渉が大きいことが推定できる（Ｔ１Ｎ＝２）（ｂ２）。次に、端末１のｆ２と干渉している端末を調べてみるとｆ２が割当てられている端末は図４（ａ）から端末２と端末５であるので、そのどちらか一方か、または両方が考えられる。そこでまず端末２のキャリア周波数ｆ２では、ＳＣＴＰ＝３で、閾値２「３」以下であり、端末５のキャリア周波数ｆ２では、ＳＣＴＰ＝１０で、閾値２「３」より大きいことから端末２が端末１と干渉しあっていることが推定できる。次に、端末１のキャリア周波数ｆ３での干渉をｆ２と同様に確認すると、端末３が該当することが分かる。ここまでで端末６に割当てる通信チャネルは、端末２のｆ２Ｃ２（キャリア周波数ｆ２、空間チャネルＣ２）か、端末３のｆ３Ｃ２（キャリア周波数ｆ３、空間チャネルＣ２）が候補となる。次に、端末２のＵＴＰ２「２０」と端末３のＵＴＰ３「１８」を比較した場合、ＵＴＰ２の方が大きいので、端末２の通信チャネルｆ２Ｃ２への割当てを削除し、端末６に通信チャネルｆ２Ｃ２を割当てることとなる（ｂ３（イ））。

ここで、端末１の干渉を与えていた端末２のｆ２Ｃ２がなくなったので端末１のｆ２Ｃ１のＳＣＴＰは高くなることが予想されるため、もっとも低かった端末１のＵＴＰ１は上がり、端末２はｆ２Ｃ２のチャネルが削減された結果ＵＴＰ２は下がるもののシステム全体のスループットＳＴＰは向上する可能性が高い。（図４（ｂ）では割当前のＳＴＰ＝９１からＳＴＰ＝９６（端末６のＵＴＰ＝８は含まず）に向上）。また、端末６が端末１へ干渉を起こす位置でなければ、さらに端末６のＵＴＰ６を加えて、ＳＴＰ＝１０４になる。尚、干渉削減後、端末１の通信チャネルＣＣ２のＳＣＴＰの値「９」と、端末６の通信チャネルＣＣ１のＳＣＴＰの値「８」は、仮定の数値である。次に、端末に割当てる空間チャネル数の最大値Ｍｍａｘは３ （端末１、端末３、端末４、端末５）、最小値Ｍｍｉｎは１（端末６）で、Ｍｍａｘ−Ｍｍｉｎ＝２であるので、端末６へ更に通信チャネルを割当てることとなる。前記と同様に割当て処理を行うがこの時点でＵＴＰが一番低いのは端末２であるが、通信チャネルの割当数Ｍ＝２であり、Ｍｍａｘ「３」−Ｍ「２」≠０なので、端末２は対象外とする。そこで、Ｍｍａｘ−Ｍｍｉｎ＝０の条件を満たす端末の中からＵＴＰがもっとも低い端末は「１８」の端末３である（ｂ１）。前記と同様に処理を行うと、端末３の通信チャネルＣＣ３（ｆ３Ｃ２）と端末１の通信チャネルＣＣ３（ｆ３Ｃ１）がお互いに干渉を与えている可能性が高いので、端末１の通信チャネルＣＣ３（ｆ３Ｃ１）を削減し、端末６へ割当てる（ｂ３（ア））。結果、端末３のＵＴＰ３は向上し、システムスループットＳＴＰも更に向上する。

ここで、Ｍｍａｘ「３」−Ｍｍｉｎ「２」＝１となったので割当て処理は完了する。

（Ｓ４）ＫＬ＝Ｎになった場合、全端末に対して一つずつ通信チャネルが割当てられることになる（Ｍｍａｘ＝Ｍｍｉｎ＝１）。
［実施形態２］
実施形態１と同一の図１の構成であり、端末のスループットの公平性を優先する他の実施形態として、本実施形態を説明する。本実施形態での図２のフローチャートにおけるステップＳ１〜Ｓ４の処理内容を以下に説明する。

（Ｓ１）、（Ｓ２）、（Ｓ４）は実施形態１と同様の処理を行う。

（Ｓ３）ＫＬ＞Ｎ＞Ｋ、Ｍ≦Ｌの場合（端末の数がキャリア周波数×空間チャネルより少ない）
更に端末が接続する場合、（Ｓ２）において全通信チャネルを割当てて、空間多重を行っており、新規に割当てる空き通信チャネルはない。そこで、既に接続している端末に割当てている複数の通信チャネルから下記条件により選択した通信チャネルを減らし、その通信チャネルを新規に接続する端末に割当てる。本実施形態では、空間多重により異なる端末が同じ周波数を使用していることから、それぞれの干渉の影響でＴＰが悪化している端末の通信チャネルを新規端末に割当てることで、干渉の影響を軽減し、最終的にシステム全体のスループットが向上することとなる。干渉によりＴＰが低下している端末を選択する方法として、既存端末に割当てている複数の通信チャネルのＴＰ（ＳＣＴＰ）の中から最大値（ＳＣＴＰｍａｘ）と各通信チャネルのＳＣＴＰの差が予め決めた閾値１（ＴＨ１）以上（ＳＣＴＰｍａｘ−ＳＣＴＰ＃＃≧ＴＨ１）であった場合、その端末は干渉の影響を受けているとみなす。

割当て手順は、下記ｃ１〜ｃ６のようになる。

（ｃ１）Ｍｍａｘ−Ｍ＝０である端末を選別する。

（ｃ２）それらの端末に割当てられている複数の通信チャネルのＳＣＴＰ中の最大値（ＳＣＴＰｍａｘ）とそれ以外の各通信チャネルのＳＣＴＰとの差が予め決めた閾値１（ＴＨ１）以上（ＳＣＴＰｍａｘ−ＳＣＴＰ＃＃≧ＴＨ１）である通信チャネルを選別する。

（ｃ３）閾値１以上である通信チャネル数をＴ１Ｎ（≠Ｌ）とし、対象通信チャネル数により、以下の（ア）〜（ウ）の割当処理を行う。

（ア）Ｔ１Ｎ＝１の場合は干渉により悪化している通信チャネルが１つあることになるので、その条件を満たす通信チャネルのキャリア周波数が割当てられている他の端末のＳＣＴＰが閾値２（ＴＨ２）以下であったならば、その閾値２を満たす通信チャネルの割当てを削除し、新規に接続した端末にその通信チャネルを割当てる。

（イ）１＜Ｔ１Ｎ＜Ｌの場合は干渉により悪化している通信チャネルが複数ある場合、その候補毎に同じキャリア周波数を割当てられている他の端末のＳＣＴＰが閾値２（ＴＨ２）以下であるか確認する。閾値２の条件を満たす通信チャネルが１つである場合は、その通信チャネルの割当てを削除し、新規に接続した端末にその通信チャネルを割当てる。閾値２の条件を満たす通信チャネルが複数ある場合は、その条件を満たす端末の通信チャネルのスループットＳＣＴＰを比較し、ＳＣＴＰの一番低い通信チャネルを削除し、新規に接続した端末にその通信チャネルを割当てる。

（ウ）Ｔ１Ｎ＝０の場合、端末は下記の環境下であると考えられ、干渉の影響がある通信チャネルの特定ができない。

・通信チャネルヘの干渉の影響が少ない
・通信チャネルの全てに干渉の影響がある
・干渉の影響が少なく、かつＣ／Ｎ特性が良い
・干渉の影響は少ないがＣ／Ｎ特性が悪く、スループットの悪化はＣ／Ｎの影響
が支配的である
この場合、干渉がある通信チャネルの特定ができないので、前記の様に干渉の空間チャネルを減らし、新規端末に割当てることで干渉を軽減することによるＴＰの向上が期待できない場合がある。そこで、実際の影響は上記いろいろあるが、予め決めた閾値３（ＴＨ３）に対してＳＣＴＰ≦ＴＨ３の条件を満足する通信チャネルを選別し、その数をＴ３Ｎとする。

Ｔ３Ｎ＝１の場合、その条件を満たす通信チャネルのキャリア周波数に割当てられている他の端末のそのキャリア周波数のＳＣＴＰが閾値２以下であったならば、その端末の通信チャネルの割当てを削除し、新規接続した端末にその通信チャネルを割当てる。ここで、新規端末に割当てた通信チャネルが干渉により閾値３以下であったとすると、お互い干渉を与えていた通信チャネルの一方が新規端末に割当てられたため、もう一方の端末のＴＰが向上し、かつ新規端末のＴＰと合わせて、結果システムのＴＰ（ＳＴＰ）は向上する。また、干渉による悪化でなくても、例えばＣ／Ｎ悪化によるものであった場合は相手の端末は閾値２の条件を満足しない場合が多いので、干渉による影響を受けている端末に割当処理が適用される確率は高い。

１＜Ｔ３Ｎ＜Ｌの場合、その条件を満たす通信チャネルが複数ある場合、その候補毎に同じキャリア周波数を割当てられている他の端末のＳＣＴＰが閾値２（ＴＨ２）以下であるか確認し、閾値２の条件を満たす通信チャネルが１つである場合はその通信チャネルの割当てを削除し、新規に接続した端末にその通信チャネルを割当てる。閾値２の条件を満たす通信チャネルが複数ある場合は、その条件を満たす端末の通信チャネルのスループットＳＣＴＰを比較し、ＳＣＴＰの一番低い通信チャネルを削除し、新規に接続した端末にその通信チャネルを割当てる。

（ｃ４）ｃ１からｃ３の条件処理において、全通信チャネルが閾値２の条件を満たす事ができない場合は、次に低いＵＴＰの端末を対象に最初から繰り返す。

（ｃ５）ｃ１からｃ４の条件を満たさない場合はｃ１からｃ３の条件処理において、閾値２を考慮せず、該当する他の端末の通信チャネルを削除し、新規端末に割当てる。

（ｃ６）割当処理により端末の通信チャネル数Ｍは変動するが、公平性を保つ為に割当チャネル数も端末毎に同等とするため、端末に割当ている通信チャネル数の最大をＭｍａｘ、最小をＭｍｉｎとすると、Ｍｍａｘ−Ｍｍｉｎ≦１となるまでｃ１からｃ５の割当処理を行う。

ここで、Ｋ＝５、Ｌ＝３、Ｍ＝３、Ｎ＝６とした場合の割当例を図５（ａ）（周波数毎）と図５（ｂ）（端末毎）に示し、本実施形態における（Ｓ３）の割当処理の動作を説明する。

実施形態１と同様な条件で、端末１〜端末５までは既に無線基地局１０に接続している端末であり、前記（Ｓ１）と（Ｓ２）の方法により、図５の“（３）割当前”に示す通りに全通信チャネルを割当てられている状態である。ここで、新規に端末６が追加され、無線基地局１０と接続し通信する場合の通信チャネルの割当の動作を説明する。

Ｍｍａｘ−Ｍ＝０であるＵＴＰ１からＵＴＰ５の中で一番低いものは端末１である（ｃ１）。そこで、端末１のＳＣＴＰの最大値はキャリア周波数ｆ１の通信チャネルＣＣ１（ｆ１Ｃ１）の１０であるので、その値「１０」とその他の通信チャネルのＳＣＴＰとの差が、閾値１以上であるか確認すると、通信チャネルＣＣ２（ｆ２Ｃ１）は、１０−１＝９、通信チャネルＣＣ３（ｆ３Ｃ１）は、１０−２＝８とともに該当することになる。よって、端末１のキャリア周波数ｆ２とｆ３は干渉が大きいことが推定できる（Ｔ１Ｎ＝２）（ｃ２）。次にまず端末１のｆ２と干渉している端末を調べてみるとｆ２が割当てられている端末は図５から端末２と端末５であるので、そのどちらか一方か、または両方が考えられる。そこでまず端末２のキャリア周波数ｆ２では、ＳＣＴＰ＝３で、閾値２「３」以下であり、端末５のキャリア周波数ｆ２では、ＳＣＴＰ＝１０で、閾値２「３」より大きいことから端末２が端末１と干渉しあっていることが推定できる。次に端末１のキャリア周波数ｆ３での干渉をｆ２と同様に確認すると、端末３が該当することが分かる。ここまでで端末６に割当てる通信チャネルは、端末２の通信チャネルＣＣ２（ｆ２Ｃ２）か、端末３の通信チャネルＣＣ３（ｆ３Ｃ２）が候補となる。次に、端末２の通信チャネルＣＣ２（ｆ２Ｃ２）のＳＣＴＰ「３」と、端末３の通信チャネルＣＣ３（ｆ３Ｃ２）のＳＣＴＰ「１」を比較した場合、端末３の方が低いので、端末３の通信チャネルＣＣ３（ｆ３Ｃ２）への割当てを削除し、端末６にｆ３Ｃ２を割当てることとなる（ｃ３（イ））。

ここで、端末１に干渉を与えていた端末３のｆ３Ｃ２がなくなったので、端末１のｆ３Ｃ１のＳＣＴＰは高くなることが予想されるため、もっとも低かった端末１のＵＴＰ１は上がり、端末３はｆ３Ｃ２のチャネルが削減された結果、ＵＴＰ３は下がるもののシステム全体のスループットＳＴＰは向上する可能性が高い。（図５では割当前のＳＴＰ＝９１から、ＳＴＰ＝９６（端末６のＵＴＰ＝８は含まず）に向上）。また、端末６が端末１へ干渉を起こす位置でなければ、さらにＵＴＰ６を加えて、ＳＴＰ＝１０４になる。尚、干渉削減後、端末１の通信チャネルＣＣ３のＳＣＴＰの値「９」と、端末６の通信チャネルＣＣ１のＳＣＴＰの値「８」は、仮定の数値である。次に、端末に割当てる通信チャネル数の最大値Ｍｍａｘは「３」 （端末１、端末２、端末４、端末５）、最小値Ｍｍｉｎは「１」（端末６）でＭｍａｘ−Ｍｍｉｎ＝２であるので、端末６へ更に通信チャネルを割当てることとなる。そこでＭｍａｘ−Ｍｍｉｎ＝０の条件を満たす端末の中からＵＴＰがもっとも低い端末は端末４である（ｃ１）ので、前記と同様に処理を行うと端末４の通信チャネルＣＣ２（ｆ４Ｃ２）と、端末５の通信チャネルＣＣ３（ｆ４Ｃ３）がお互いに干渉を与えている可能性が高いので、端末５の通信チャネルＣＣ３（ｆ４Ｃ３）を削減し、端末６へ割当てる（ｃ３（ア））。結果、端末４のＵＴＰ４は向上し、システムスループットＳＴＰも更に向上する。ここで、Ｍｍａｘ「３」−Ｍｍｉｎ「２」＝１となったので割当て処理は完了する。
［実施形態３］
第１および第２の実施形態における無線基地局と端末間の通信に適用可能な第３の実施形態として、以下、本実施形態を説明する。

高速な無線通信を実現する方式として、図６に示す構成のＭＩＭＯ（Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｉｎｐｕｔ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｏｕｔｐｕｔ）と呼ばれる方式がある。ＭＩＭＯでは、無線基地局６０だけでなく、端末６１〜６３にも、図７、図８のように、複数のアンテナと無線通信機能を備えることで、同じ周波数に、複数の通信チャネルを乗せることができる。しかし、１つの周波数に２つの通信チャネルを乗せるには、図７のように、ローカル発信器７４は一つで済むものの、端末にも２本のアンテナ７０、７１と２つの無線通信部７２、７３を備える必要があるという問題がある。さらに高速な通信が必要で、４つの通信チャネルを乗せる場合には、図８のように４本のアンテナと４つの無線通信部が必要になり、端末が高価になってしまう。また、アンテナ間の相関を低く抑えなければ性能が低下してしまうが、セル半径が１Ｋｍといった広域の通信においては、相関を低く抑えられる場所率は小さいという問題がある。

これらの問題を解決するために、本実施形態では、図９に示すように、無線基地局９０と個々の端末９１〜９３の間で、ＳＤＭＡにより異なる端末には同一の周波数を割当ながらも、ＦＤＭＡ（Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ａｃｃｅｓｓ）により一つの端末に対しては異なる周波数を使った通信チャネルを複数用いて通信する。例えば、図９では、ＳＤＭＡにより、周波数ｆ１は、端末９１および端末９３との通信に割当てながら、ＦＤＭＡにより端末９１との通信には、周波数ｆ１とｆ３が割り当てられている。これにより、無線基地局９０と端末９１との間では、２つの通信チャネル分のデータレートで通信が可能である。本実施形態では、端末の構成は、図１０のように、アンテナ１００は一つで、無線通信部１０１、１０２およびローカル発信器１０３，１０４は複数備える構成か、図１１のように、広帯域受信器として、ＢＢ（Ｂａｓｅ Ｂａｎｄ）部で周波数分離を行なうことで、無線通信部１１１もローカル発信器１１２も一つで済むような構成にもできる。このため、システム全体として、良いパフォーマンスを維持しながら、端末を安価に製造しやすくなる。

以上、この発明の実施形態を、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、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。

本発明は、ＳＤＭＡとＦＤＭＡにより分割された通信チャネルを用いて、端末と通信する無線基地局に用いて好適である。

この発明の第１および第２の実施形態によるチャネル割当システムの構成を示すブロック図である。 同実施形態におけるチャネル割当システムの動作を説明するフローチャートである。 第１の実施形態における通信チャネルの割当状態の一覧表である。 第１の実施形態における通信チャネルの割当状態の一覧表である。 第２の実施形態における通信チャネルの割当状態の一覧表である。 ＭＩＭＯ方式のチャネル割当システムの構成を示すブロック図である。 ２アンテナのＭＩＭＯ方式の端末の構成を示すブロック図である。 ４アンテナのＭＩＭＯ方式の端末の構成を示すブロック図である。 第３の実施形態におけるチャネル割当システムの構成を示すブロック図である。 同実施形態における端末の構成例を示すブロック図である。 同実施形態における端末の構成例を示すブロック図である。

符号の説明

１…端末
２…端末
１０…無線基地局
６０…無線基地局
６１…端末
６２…端末
６３…端末
７０…アンテナ
７１…アンテナ
７２…無線通信部
７３…無線通信部
７４…ローカル発信器
７５…ＢＢ（Ｂａｓｅ Ｂａｎｄ）
８０…アンテナ
８１…アンテナ
８２…アンテナ
８３…アンテナ
８４…無線通信部
８５…無線通信部
８６…無線通信部
８７…無線通信部
８８…ローカル発信器
８９…ＢＢ（Ｂａｓｅ Ｂａｎｄ）
９０…無線基地局
９１…端末
９２…端末
９３…端末
１００…アンテナ
１０１…無線通信部
１０２…無線通信部
１０３…ローカル発信器
１０４…ローカル発信器
１０５…ＢＢ（Ｂａｓｅ Ｂａｎｄ）
１１０…アンテナ
１１１…無線通信部
１１２…ローカル発信器
１１３…ＢＢ（Ｂａｓｅ Ｂａｎｄ）

Claims (2)

1. 個々の端末に対して、１あるいは複数の通信チャネルを割当てて無線通信を行なう無線基地局において、
   前記通信チャネルの割り当てを制御する制御手段を備え、
   前記制御手段は、
   前記端末に割当てられている各通信チャネルの通信状態に基づいて、最も通信状態の悪い端末を選定し、
   前記最も通信状態の悪い端末において、干渉を受けている通信チャネルを推定し、
   前記推定された干渉を受けている通信チャネル毎に、干渉関係にある端末を選定し、
   選定した前記干渉関係にある端末の中から、前記最も通信状態の悪い端末と干渉しあっている端末を前記通信チャネル毎に選定し、
   前記通信チャネル毎に選定した前記最も通信状態の悪い端末と干渉しあっている端末の中から、最も通信状態の良い端末を選定し、
   前記選定した最も通信状態の良い端末において、前記最も通信状態の悪い端末へ干渉を与えている通信チャネルの割当てを削除して、新規に通信を行う端末に該削除した通信チャネルを割り当てるように制御する、
   ことを特徴とする無線基地局。
2. 個々の端末に対して、１あるいは複数の通信チャネルを割当てて無線通信を行なう無線基地局におけるチャネル割当方法において、
   前記端末に割当てられている各通信チャネルの通信状態に基づいて、最も通信状態の悪い端末を選定するステップと、
   前記最も通信状態の悪い端末において、干渉を受けている通信チャネルを推定するステップと、
   前記推定された干渉を受けている通信チャネル毎に、干渉関係にある端末を選定するステップと、
   選定した前記干渉関係にある端末の中から、前記最も通信状態の悪い端末と干渉しあっている端末を前記通信チャネル毎に選定するステップと、
   前記通信チャネル毎に選定した前記最も通信状態の悪い端末と干渉しあっている端末の中から、最も通信状態の良い端末を選定するステップと、
   前記選定した最も通信状態の良い端末において、前記最も通信状態の悪い端末へ干渉を与えている通信チャネルの割当てを削除して、新規に通信を行う端末に該削除した通信チャネルを割り当てるように制御するステップと、を含む、
   ことを特徴とするチャネル割当方法。

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