JP4755635B2

JP4755635B2 - 回線割り当て方法及び該方法を実行する装置

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Publication number: JP4755635B2
Application number: JP2007253747A
Authority: JP
Inventors: 勝也中平; 聖小林; 浩平大幡
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2007-09-28
Filing date: 2007-09-28
Publication date: 2011-08-24
Anticipated expiration: 2027-09-28
Also published as: JP2009088799A

Description

本発明は、偏波と帯域の使用に関し、異なる機能を有する端末局が混在する無線通信システムにおいて、信号品質の確保と周波数の有効利用を図ることを目的とした、回線割り当て方法及び該方法を実行する装置に関するものである。

偏波と帯域を用い通信を行う端末局に対する回線割り当ての方法について従来技術の概要を図１に示す。従来技術は端末局の通信開始時に、利用帯域内のどちらかの偏波において、要求帯域に等しい空き帯域を当該端末局に割り当てる。ここで、通信システム内に要求帯域に等しい連続した帯域のみ送受信可能なシングルキャリア端末局と、要求帯域を分割して送受信可能なマルチキャリア端末局の２種類があるとする。空き帯域が利用帯域内にまばらに存在し、空き帯域の合計が要求帯域以上の場合には、マルチキャリア端未局に対しては帯域を分割して割り当てることができる。しかし、シングルキャリア端末局に対しては、連続空き帯域が存在しない場合には、割り当て済み帯域の変更を行い、要求帯域以上の連続した空き帯域を確保した後でシングルキャリア端末局に回線を割り当てる。このような従来技術の具体的な実施例は非特許文献１や非特許文献２に記載されている。

衛星電話(ＤＡＭＡ)サービスhttp://www.superbird.co.jp/services/dama.html 衛星通信における可変帯域制御技術を利用した周波数有効利用技術に関する調査報告書平成１３年電波産業会

偏波を用いて通信を行う場合、各偏波を別々の端末局が用いると、図２に示すように、自端末局の送信波が裏偏波に漏れ込む与干渉波と他端末局から受ける被干渉波が発生する。しかし、従来技術は、偏波間の干渉波を考慮せず端末局に回線を割り当てるため、干渉量が大きい端末が発生する場合がある。干渉波は通信信号に雑音として重畳する。そして、図３に示すように送信波電力Ｃに対する雑音電力（＝干渉電力）Ｎの電力比Ｃ／Ｎが小さくなるほど、ＢＥＲ（伝送信号内に確率的に発生するビット誤り数）が大きくなる。従って、従来技術の回線割り当てを用いると、端末局の信号品質が劣化する問題が発生する。

通信システムで使用する帯域の構成を図４に示す。図より、周波数の有効利用を行うためには、出来るだけ狭い制御帯域を用い、利用帯域内に出来るだけ多くの要求帯域を割り当てる必要がある。しかし、従来技術では連続空き帯域の確保のための割り当て帯域の変更に伴う制御信号の増加により、広い制御帯域が必要となり、周波数の有効利用が行われない問題がある。

したがって、本発明は、信号品質の確保と周波数の有効利用を図ることが可能な回線割り当て方法及び該方法を実行する装置を提供することを目的とする。

上記目的を実現するため本発明による方法は、偏波と周波数帯域を用いて通信を行い、異なる偏波制御機構を有する端末局が混在する無線通信システムで該端末局に回線を割り当てる方法において、前記無線通信システムの利用帯域内の各偏波に１個以上の固定周波数ポイントを設ける設定ステップと、前記各固定周波数ポイントに偏波間干渉ができるだけ低減するように１個以上の偏波制御機能を対応させる対応ステップと、前記端末局の通信開始時に、当該端末局が持つ偏波制御機能に対応する前記固定周波数ポイントを選択する選択ステップと、前記選択した固定周波数ポイントに最も近い空き帯域を前記端末局に割り当てる割当ステップとを有する。

また、前記固定周波数ポイントを割り当て済み回線の量に応じて変更する変更ステップをさらに有することも好ましい。

また、前記設定ステップは、前記利用帯域内の上限周波数と下限周波数に前記固定周波数ポイントを設けるステップであることも好ましい。

また、前記対応ステップは、１つの偏波制御機能に対し複数の前記固定周波数ポイントを対応させ、当該複数の固定周波数ポイントに優先順位を設けるステップであり、前記選択ステップは、前記端末局の通信開始時に、空き帯域を有し、かつ最も優先順位が高い固定周波数ポイントを選択するステップであることも好ましい。

また、前記割当ステップは、前記選択した固定周波数ポイントに最も近い空き帯域から順にＮ個（Ｎは自然数）以上の空き帯域を前記端末局に割り当てるステップであることも好ましい。

また、前記設定ステップは、割り当て不可能な帯域の裏偏波帯域の上限周波数または下限周波数に前記固定周波数ポイントを設けるサブステップをさらに有し、前記対応ステップは、当該固定周波数ポイントに所定性能以下の偏波制御機能を対応させるサブステップをさらに有することも好ましい。

また、前記設定ステップは、他の通信システムが使用する帯域の裏偏波帯域の上限周波数または下限周波数に前記固定周波数ポイントを設けるサブステップをさらに有し、前記対応ステップは、当該固定周波数ポイントに所定性能以上の偏波制御機能を対応させるサブステップをさらに有することも好ましい。

上記目的を実現するため本発明による装置は、前記端末局の偏波制御機構種別および前記端末局に割り当て済みの回線情報を保持する回線管理ＤＢ部と、前記端末局から受信した信号から回線要求信号を区別して取り出すアクセス制御部と、前記無線通信システムの利用帯域内の各偏波に１個以上の固定周波数ポイントを設け、該各固定周波数ポイントに偏波間干渉ができるだけ低減するように１個以上の偏波制御機能を対応させ、前記端末局の通信開始時に前記回線要求信号に基づいて前記回線管理ＤＢ部を参照し、当該端末局が持つ偏波制御機能に対応する前記固定周波数ポイントを選択し、該選択した固定周波数ポイントに最も近い空き帯域を前記端末局に割り当てる回線割り当てアルゴリズム部とを含んでいる。

以上のように、本発明による回線割当方法及び該方法を実行する装置を用いると、偏波を用いて通信を行う場合に偏波間干渉によって通信信号が劣化することなく通信を行える。特に、簡易的な偏波制御機構しか有さない端末局(無追尾局)の裏偏波に送信偏波ビームフォーミングが可能な端末局(適応局)を配置することで、偏波間干渉を低減し、周波数を有効に利用することが出来るようになる。このときさらに、付与する帯域に制約を加えることで、裏偏波の状況を意識する必要がなくなり、回線割当を簡易に行うことができる。また、常に連続した広い空き帯域を確保できるため、割り当て済み帯域の変更を行う必要が減り、制御信号を減らすことが出来る。また、スタガ状偏波帯域配置や他システムとの帯域共存に対しても対応することができる。

まず、本発明の前提条件について述べる。図５は、ターゲットとする無線通信システムの構成例である。基地局から指示された通信回線を用い端末局同士もしくは端末局と基地局が通信を行う。このとき、端末局は衛星を介して通信を行っても良い。以下では通信を行うために用いる偏波の種類と帯域（中心周波数と帯域幅）の組合せを通信回線または単に回線と呼ぶ。偏波の種類は垂直偏波（Ｖ偏波とＨ偏波）とするが、円偏波（右旋偏波と左旋偏波）であっても良い。複数の端末局が同一の回線を用いて通信を行うと、お互いの信号がオーバーラップし、正常な通信が行われない。一方、回線がオーバーラップしないように各端末局に常時固定的に回線を割り当てると、通信を行っていない端末局にも回線が必要になり、回線が無駄となる。よって、周波数を有効に利用するには、通信を開始する端末局に動的に回線を割り当て、通信終了時に回線を解放する回線割り当て技術が必要となる。

回線割り当ての基本手順を図６に示す。すなわち、
１．通信開始時に回線要求の信号を端末局が基地局に送信
２．基地局は回線割り当て方法を用いて回線を割り当てた後、回線情報を当該端末局に返信
３．通信終了時に端末局が回線解放の信号を基地局に送信
であるが、このとき、回線要求、回線情報の信号は別途確保された制御回線を用いて送信され、回線解放の信号は通信回線中に確保された制御回線を用いて送信される。

本発明の第１の目的は、出来るだけ広い連続空き帯域を確保するよう回線割り当てを行うことである。これより、割り当て済み帯域の変更を少なくし、制御信号量を減らすことで、周波数の有効利用を行う。具体的には、図７に示すように、利用帯域内に固定周波数ポイント（以下はＦＰと呼ぶ）を設け、端末局の通信開始時にはＦＰに最も近い空き帯域を割り当てる。この時、ＦＰより高周波数側あるいは低周波数側のみ回線を割り当てるなどの制約を加えても良い。こうすることで、ＦＰと周波数的に離れた部分に広い連続空き帯域が確保される。また、マルチキャリア端末局の場合には、要求帯域を適切に分割し、割り当て済み帯域の隙間の空き帯域を割り当ててもよい。こうすることで、より広い連続空き帯域を確保することが可能である。以下、この割り当て方法をＦＰ吸着割り当てと呼ぶ。

本発明の第２の目的は、偏波間の干渉量が低減するように回線を割り当てることである。これより、信号品質の劣化を防ぐことができる。偏波を用いるための偏波制御機構から端末局を分類すると下記となる。また、具体的な制御機構の様子を図８にまとめる。以下では、この分類を端末局種別と呼び、それぞれの名称は括弧内の略称で記す。
・無追尾片偏波局(無片局) 簡易的に調整した偏波軸の方向に片偏波で信号を送受信する。
・無追尾両偏波局(無両局) 簡易的に調整した偏波軸の方向に両偏波で信号を送信する。また、干渉補償により干渉を低減した信号を両偏波で受信する。
・機械追尾局(追尾局) 機械駆動により高精度に追尾した偏波軸の方向に片偏波もしくは両偏波で信号を送受信する。
・適応偏波局(適応局) 裏偏波へ干渉を与えないように偏波ビームフォーミングを行った信号を片偏波もしくは両偏波に送信する。また、干渉補償により干渉を低減した信号を片偏波もしくは両偏波で受信する。

偏波制御機構を考慮し、各偏波に各端末局種別を配置した時の干渉量の大きさを比較した結果を表１に示す。

表１から、各偏波に端末局をどのように配置するかによって、干渉量が大きくなる場合と小さくなる場合がある。よって、従来技術では、例えば、図９に示すような状況が想定される。このような状況を回避するには、常に低い干渉量となるためには、表１の網掛け部分になるように、各偏波に端末局種別を配置すればよく、以下が制約条件となる。以降では本条件を干渉低減条件と呼ぶ。
１．無片局の裏偏波には適応局を配置
２．無両局の裏傭波には自局か適応局を配置
３．追尾局の裏偏波には追尾局か適応局を配置
４．適応局の裏偏波には任意の端末局を配置
以上を考慮した本発明の基本原則を述べる。図１０に示すように、利用帯域内の両偏波の同一周波数位置にＦＰを設ける。以下では、両偏波の同一周波数位置にある２つのＦＰをＦＰ対と呼ぶ。そして、ＦＰ対にはなるべく干渉低減条件に従う１個以上の端末局種別を対応させる。また、ＦＰ対は利用帯域内に複数設置することも出来る。また、ＦＰ対は端末局種別毎の回線割り当て量を元に移動させることも出来る。以上の内容を基本にし、端末局への回線割り当ては、当該端末局の種別が対応するＦＰを基準にし、必要であれば裏偏波の利用状況から干渉低減条件を満たす空き帯域を検索した後、当該空き帯域に対してＦＰ吸着割り当てを実施する。

基本原則による回線割り当て状況を図１１を用いて説明する。図ではＦＰ１とＦＰ２、およびＦＰ３とＦＰ４がＦＰ対の関係にあり、ＦＰ１には種別Ａ、ＦＰ２には種別Ｃと種別Ｄ、ＦＰ３は種別Ｂ、ＦＰ４は種別Ｅの端末局種別を対応させる。また、低干渉条件は種別Ａと種別Ｄ、および種別Ｂと種別Ｅが各偏波に配置されている場合とする。以上の条件下で、種別Ｃに属する端末局への回線割り当てを考える。種別ＣはＦＰ２に対応しているが、ＦＰ対であるＦＰ１へ対応する種別Ａは種別Ｃと干渉低減条件の関係にない。従って、端末局へは空き帯域２に対して吸着割り当てが実施される。以上の回線割り当ての結果、端末局は信号品質の劣化を起こさず、かつ周波数の有効利用が行える。また、ＦＰの移動においては、図１２に示すように、各ＦＰの最低マージンを予め設定しておき、各ＦＰに対する回線割り当て量が増加し最低マージンが確保出来ないときには、最低マージンを確保するようにＦＰ対を移動させる。これより、無駄な空き回線を減らすことが出来、さらなる周波数の有効利用が行える。

基本原則は、さらに次のような効果も得られる。ＦＰ対に対応させた端末局種別のどの組合せも干渉低減条件を満足する場合、全ての空き帯域は自動的に低干渉条件を満たすため、干渉低減条件に基づく判断を省くことができ、処理が簡単となる。これを図１３を用いて説明する。ここでは種別Ｂに属する端末局への回線割り当てを考える。種別ＢはＦＰ３に対応しているが、ＦＰ３とＦＰ対であるＦＰ４へ対応する種別Ｅは種別Ｂと干渉低減条件の関係にある。従って、種別Ｂに対しては低干渉条件に基づく判断をすることなく、吸着割り当てを実施することができる。その結果、図１１で示した具体例よりも、回線割り当ての処理が簡単になる。また、ＦＰ対に対応させた端末局種別の一部の組合せが干渉低減条件を満足しないがその数が少ない場合にも、干渉低減条件判断の組合せパターンが減ることから、同様に処理が簡単になる効果が得られる。

本発明を実現するための基地局の装置構成を図１４に示す。上述の基本原則を実現するには、回線割り当てを行う端末局の端末局種別や偏波角の状態（所定偏波方向からのずれ角度）を基地局が把握する必要がある。端末局種別は予め知り得る端末固有の情報であるので、端末局ＩＤ情報と関連付けて基地局側にデータベース化すればよい。一方、偏波のずれ角度は端末設置状況等によって変わるので図６に示す回線割り当ての手順において回線要求信号に偏波角測定用の信号を付与し、回線要求信号を基地局側で測定することでずれ角度を得る。偏波角測定用の信号や測定法は例えば、「送信偏波ビームフォーミングによるＶＰＦＤＭと既存システムの帯域共用に関する一検討」２００７年電子情報通信学会総合大会、Ｂ−３−１８に示される。そこで、本装置では、割り当て済みの回線、端末局種別、ずれ角度は回線管理ＤＢ部にデータベース化されている。信号は、適応偏波による偏波制御が可能なモデムを介して送受信されるため、基地局の偏波制御機能は適応局と同等である。端末局からの回線要求信号を受信すると、アクセス制御部がこれを通信データと区別して取り出し、回線割り当てアルゴリズム部に通知する。一方、通信データは通信ＩＦに送信される。回線割り当てアルゴリズム部では、回線管理ＤＢ部の内容から基本原則で示した方法を用い空き回線を選択する。空き回線は端末局に通知されると共に、割り当て済み回線として回線管理ＤＢ部の内容をアップデートする。回線解放受信時には回線管理ＤＢ部から割り当て済み回線の情報を消去する。

以下に本発明の第１の実施形態を説明する。図１５は全ＦＰに全端末局種別を対応させ、ＦＰより高周波側に端末局を配置する制約を加えた具体例である。従って、回線割り当てを行う度に、干渉低減条件に基づく判断を行いつつ、ＦＰ吸着割り当てを実施する。その結果、いずれの端末局も信号品質の劣化を起こさず、かつ周波数の有効利用が行える。

以下に本発明の第２の実施形態を説明する。図１６はＦＰと端末局種別を１対１に対応させ、ＦＰより高周波側に端末局を配置する制約を加えた具体例である。このとき、全ＦＰ対は干渉低減条件を満足する。従って、回線割り当ては、干渉低減条件に基づく判断なしにＦＰ吸着割り当てをのみを行えばよいため、第１の実施形態と比較すると非常に処理が簡単である。また、第１の実施形態と同様に耐信号品質劣化や周波数利用効率向上の効果も得られる。なお、本具体例では、端末局種別毎の帯域幅に上限が発生する。つまり、あらかじめ端末局種別毎の上限帯域幅が分かっている場合に有効な方法と言える。また、ある端末局種別が上限帯域幅を超えそうになった場合には、追尾局に対応させたＦＰ対を動的に移動させ、上限帯域幅を増やすことで対応することも出来る。

以下に本発明の第３の実施形態を説明する。図１７はＦＰと端末局種別を１対Ｎ（Ｎは自然数）に対応させ、利用帯域の下限に設置したＦＰ対（上限ＦＰ対）は高周波側に端末局を配置し、上限に設置したＦＰ対（上限ＦＰ対）は低周波側に端末局を配置する制約を加えた具体例である。このとき、下限ＦＰ対に対応させた無片局と適応局は低干渉条件を満たすため、下限ＦＰ対へは干渉低減条件に基づく判断なしにＦＰ吸着割り当てのみを行えばよい。一方、上限ＦＰ対に対応させた無両局と追尾局は低干渉条件を満たさないため、干渉低減条件に基づく判断を行う必要がある。しかし、第１の実施形態と比較すると干渉低減条件判断の組合せパターンは少ないため、処理は簡単となる。また、第１の実施形態と同様に耐信号品質劣化や周波数利用効率向上の効果も得られる。本具体例の特徴は、利用帯域の上限と下限にＦＰを設定するため、利用帯域を最大限に利用できることにある。つまり、あらかじめ端末局種別毎の上限帯域幅が分からない場合に有効な方法と言える。

以下に本発明の第４の実施形態を説明する。本発明における干渉低減条件では偏波間の端末局配置に制約が多い端末局種別と制約が少ない端末局種別がある。例えば、無片局の裏偏波は必ず適応局を配置しなければならないが、適応局は裏偏波に対する制約条件はない。ところで、端末局が衛星を介して通信を行う場合は、衛星中継器のフィルタ特性によって利用帯域に使用不可能な帯域が発生する。そこで、一般的なＫｕ帯（１０ＧＨｚ〜１５ＧＨｚ付近の周波数帯）の衛星では、各偏波の利用帯域をスタガ状に配置することで偏波間干渉による影響を減らす工夫がされている。この様子を図１８に示す。スタガ状配置によって発生する使用不可能な帯域の裏偏波帯域は、偏波間の干渉を考慮する必要がない。そこで、当該裏偏波帯域の下限または上限周波数にＦＰを設け、当該ＦＰには無片局を対応させ、無片局への回線割り当てにおいては、無片局を対応させた他のＦＰより当該ＦＰが優先的に選択されるようにする。これにより、他の利用帯域内での無片局が相対的に減ることになり、端末局種別の配置に関する制約が少なくなり、周波数の有効利用を行うことができる。

以下に本発明の第５の実施形態を説明する。図１９に示すように、利用帯域を複数のシステムで共有することが考えられる。別システム同士が偏波帯域共用を行う場合は、偏波間の最大干渉量が規定される。つまり、他システムが使用する帯域の裏偏波は他システムからの被干渉が少なく、さらに自システムからは他システムヘ与干渉を少なくする必要がある。そこで、他システムの裏偏波帯域の下限または上限周波数にＦＰを設け、当該ＦＰには追尾局を対応させ、追尾局への回線割り当てにおいては、追尾局を対応させた他のＦＰより当該ＦＰが優先的に選択されるようにする。これにより、第４の実施形態と同様な効果が得られる。

また、以上述べた実施形態は全て本発明を例示的に示すものであって限定的に示すものではなく、本発明は他の種々の変形態様及び変更態様で実施することができる。従って本発明の範囲は特許請求の範囲及びその均等範囲によってのみ規定されるものである。

偏波と帯域を用い通信を行う端末局に対する回線割り当ての方法について従来技術の概要を示す。自端末局の送信波が裏偏波に漏れ込む与干渉波と他端末局から受ける被干渉波を示す。送信波電力Ｃに対する雑音電力Ｎの電力比Ｃ／ＮとＢＥＲの関係を示す。通信システムで使用する帯域の構成を示す。ターゲットとする無線通信システムの構成例を示す。回線割り当ての基本手順を示す。固定周波数ポイントを設けた回線割り当て方法の一例を示す。端末局種別の被干渉量および与干渉量を示す。従来技術で各偏波に端末局を配置した一例を示す。本発明による回線割り当て方法の基本原則を示す。本発明の基本原則により回線を割り当てる状況の一例を示す。本発明の基本原則でＦＰ対が移動する状況の一例を示す。本発明の基本原則で低干渉条件に基づく判断をすることなく、回線を割り当てる状況の一例を示す。本発明による基地局の装置構成を示す。本発明の第１の実施形態で回線を割り当てる状況の一例を示す。本発明の第２の実施形態で回線を割り当てる状況の一例を示す。本発明の第３の実施形態で回線を割り当てる状況の一例を示す。本発明の第４の実施形態で回線を割り当てる状況の一例を示す。本発明の第５の実施形態で回線を割り当てる状況の一例を示す。

Claims

偏波と周波数帯域を用いて通信を行い、異なる偏波制御機構を有する端末局が混在する無線通信システムで該端末局に回線を割り当てる方法において、
前記無線通信システムの利用帯域内の各偏波に１個以上の固定周波数ポイントを設ける設定ステップと、
前記各固定周波数ポイントに偏波間干渉ができるだけ低減するように１個以上の偏波制御機能を対応させる対応ステップと、
前記端末局の通信開始時に、当該端末局が持つ偏波制御機能に対応する前記固定周波数ポイントを選択する選択ステップと、
前記選択した固定周波数ポイントに最も近い空き帯域を前記端末局に割り当てる割当ステップと、
を有することを特徴とする回線割り当て方法。
前記固定周波数ポイントを割り当て済み回線の量に応じて変更する変更ステップをさらに有することを特徴とする請求項１に記載の回線割り当て方法。
前記設定ステップは、前記利用帯域内の上限周波数と下限周波数に前記固定周波数ポイントを設けるステップであることを特徴とする請求項１または２に記載の回線割り当て方法。
前記対応ステップは、１つの偏波制御機能に対し複数の前記固定周波数ポイントを対応させ、当該複数の固定周波数ポイントに優先順位を設けるステップであり、前記選択ステップは、前記端末局の通信開始時に、空き帯域を有し、かつ最も優先順位が高い固定周波数ポイントを選択するステップであることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の回線割り当て方法。
前記割当ステップは、前記選択した固定周波数ポイントに最も近い空き帯域から順にＮ個（Ｎは自然数）以上の空き帯域を前記端末局に割り当てるステップであることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の回線割り当て方法。
前記設定ステップは、割り当て不可能な帯域の裏偏波帯域の上限周波数または下限周波数に前記固定周波数ポイントを設けるサブステップをさらに有し、前記対応ステップは、当該固定周波数ポイントに所定性能以下の偏波制御機能を対応させるサブステップをさらに有することを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の回線割り当て方法。
前記設定ステップは、他の通信システムが使用する帯域の裏偏波帯域の上限周波数または下限周波数に前記固定周波数ポイントを設けるサブステップをさらに有し、前記対応ステップは、当該固定周波数ポイントに所定性能以上の偏波制御機能を対応させるサブステップをさらに有することを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の回線割り当て方法。
偏波と周波数帯域を用いて通信を行い、異なる偏波制御機構を有する端末局が混在する無線通信システムで該端末局に回線を割り当てる装置において、
前記端末局の偏波制御機構種別および前記端末局に割り当て済みの回線情報を保持する回線管理ＤＢ部と、
前記端末局から受信した信号から回線要求信号を区別して取り出すアクセス制御部と、
前記無線通信システムの利用帯域内の各偏波に１個以上の固定周波数ポイントを設け、該各固定周波数ポイントに偏波間干渉ができるだけ低減するように１個以上の偏波制御機能を対応させ、前記端末局の通信開始時に前記回線要求信号に基づいて前記回線管理ＤＢ部を参照し、当該端末局が持つ偏波制御機能に対応する前記固定周波数ポイントを選択し、該選択した固定周波数ポイントに最も近い空き帯域を前記端末局に割り当てる回線割り当てアルゴリズム部と、
を含んでいることを特徴とする装置。