JP4901567B2 - 無線通信制御装置及び無線通信制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、複数の無線基地局が同一無線通信チャネルを地理的に離れた場所で繰り返し利用する無線通信システムにおける無線通信制御装置及び無線通信制御方法に関する。

従来、移動端末と、当該移動端末と無線通信を実行する無線基地局とを含む移動体通信システムでは、複数の無線基地局が同一の無線通信チャネルを地理的に離れた箇所で繰り返し利用する方法が用いられている。特に、第２世代移動通信システム、具体的には、ＦＤＭＡシステムにおいて、音声通信を行うことを前提にダイナミックチャネル割当方法（効率型チャネル割当方法）が検討されている。

これらの方法では、概して、信号対干渉波比（例えば、ＣＩＲ）が所定の閾値を超える無線通信チャネルを移動端末に割り当てるが、複数の無線通信チャネルが割当条件を満たす場合、どの無線通信チャネルをどの移動端末に割り当てるかなどによって、システム全体のキャパシティが変化する。

このような方法のひとつとして、Autonomous Reuse Partitioning（ＡＲＰ）が知られている（例えば、特許文献１）。ＡＲＰでは、システム全体で無線通信チャネルの検索順序が統一される。各無線基地局は、当該検索順序にしたがって無線通信チャネルの検索を行い、最初に割当条件を満たす無線通信チャネルを移動端末に割り当てる。

このように無線通信チャネルを割り当てることによって、無線通信チャネルごとに最適な“チャネル再利用距離”が自律的に設定されるため、移動体通信システムが同時期に収容できる移動端末の数を増大させることができる。
特許第３３７６３８７号公報（第７−８頁、第２図）

しかしながら、従来のダイナミックチャネル割当方法の多くは、音声通信を想定しているため、無線通信チャネルの状態、具体的には、バースト性が高く信号対干渉波比が大きく変動すると想定されるデータ通信には、適さないといった問題があった。

すなわち、移動端末と無線基地局との間において設定される無線通信チャネルを介して送受信されるトラフィックには、データ通信など、送受信するべきデータが断続的にランダムに発生することで、セル外に与える干渉量が時間的に大きく変動するバースト性が高いトラフィックと、音声通信など、一定のデータ量が継続して送受信される連続性が高いトラフィックとが存在する。

バースト性が高いトラフィックが存在する場合、信号対干渉波比を正確に予測することは困難である。このため、ＡＲＰなどを用いて同一の無線周波数を再利用しようとしても、予測された干渉量と、実際のデータ送信時の干渉量とが大きく異なる可能性が高くなる。このため、伝送したデータを正しく受信できない事象が多く発生し、ＡＲＰなどにしたがってシステムを良好に動作させることが難しい。この対策として干渉マージン、具体的には、無線通信チャネルの割当マージンを大きくすることも可能であるが、干渉マージンを大きくすると、システム全体のキャパシティは減少するため、必要以上に干渉マージンを大きくすることは好ましくない。

そこで、本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、バースト性が高いトラフィックを取り扱う場合でも、他の無線通信に影響を与えるような干渉が発生することを防止し、無線通信システムが同時期に収容できる移動端末の数を増大させることができる無線通信制御装置及び無線通信制御方法を提供することを目的とする。

上述した問題を解決するため、本発明は、次のような特徴を有している。まず、本発明の第１の特徴は、複数の無線基地局（無線基地局１００Ａ，１００Ｂ）が同一無線通信チャネル（無線通信チャネルＣＨ）を地理的に離れた場所で繰り返し利用する無線通信システム（移動体通信システム１）における無線通信制御装置（例えば、無線基地局１００Ａ）であって、所定時間内に送受信されるデータ量の変動の程度に基づいて定められるトラフィックのバースト性を判定するトラフィック特性判定部（例えば、ＱｏＳ処理部１１１）と、前記無線通信チャネルを設定し、設定した前記無線通信チャネルを移動端末（移動端末２００Ａ〜２００Ｃ）に割り当てるチャネル割当部（チャネル割当部１１５）とを備え、前記チャネル割当部は、セル間干渉量の変動に対して耐力を有するロバスト型チャネル割当方法（例えば、ランダム割当方法）、または前記ロバスト型チャネル割当方法よりも前記耐力は低いものの前記ロバスト型チャネル割当方法よりも前記無線通信チャネルの効率よく再利用することができる効率型チャネル割当方法（例えば、ＡＲＰ）を用いて前記無線通信チャネルを割り当てることができ、前記無線通信システムを構成する無線リソースは、少なくとも第１の論理領域と第２の論理領域とに分割され、前記第１の論理領域では、前記効率型チャネル割当方法が用いられ、前記第２の論理領域では、前記ロバスト型チャネル割当方法が用いられ、前記チャネル割当部は、前記トラフィック特性判定部によって判定された前記トラフィックのバースト性に基づいて、前記ロバスト型チャネル割当方法または前記効率型チャネル割当方法の何れかを用いて前記無線通信チャネルを割り当てることを要旨とする。

このような無線通信制御装置によれば、移動端末と送受信するトラフィックに基づいて、例えば、トラフィックのバースト性が高いと判定された場合、ＡＲＰなどの効率型チャネル割当方法ではなく、ロバスト型チャネル割当方法を用いて無線通信チャネルが移動端末に割り当てることができる。

このため、ＡＲＰなどの効率型チャネル割当方法を用いて同一の無線周波数を再利用する場合でも、バースト性が高いトラフィックによって他の無線通信に影響を与えるような干渉の発生を防止できる。

すなわち、このような無線通信制御装置によれば、バースト性が高いトラフィックを取り扱う場合でも、他の無線通信に影響を与えるような干渉が生じることを防止し、移動体通信システムが同時期に収容できる移動端末の数を増大させることができる。

本発明の第２の特徴は、本発明の第１の特徴に係り、前記チャネル割当部は、前記トラフィック特性判定部によって前記トラフィックのバースト性が高いと判定された場合、前記ロバスト型チャネル割当方法を用いて前記無線通信チャネルを割り当てることを要旨とする。

本発明の第３の特徴は、本発明の第１の特徴に係り、前記チャネル割当部は、前記トラフィックのバースト性により判定された前記チャネル割り当て方法によって前記無線通信チャネルの割り当てが行えない場合、他のチャネル割当方法を用いて前記無線通信チャネルを割り当てることを要旨とする。

本発明の第４の特徴は、本発明の第１の特徴に係り、前記トラフィック特性判定部は、前記トラフィックを構成するデータが再送を許容するか否かを判定し、前記トラフィック特性判定部によって、前記再送が許容されると判定された場合、前記再送が許容されない場合よりも、前記無線通信チャネルを設定するか否かの判定に用いられる干渉マージンを小さくする干渉マージン設定部（干渉マージン設定部１１９）を備え、前記干渉マージン設定部は、前記トラフィックが割り当てられる領域、前記バースト性、前記再送の有無または許容される伝送遅延に基づいて、前記干渉マージンを設定することを要旨とする。

本発明の第５の特徴は、本発明の第１の特徴に係り、前記チャネル割当部は、各コネクションにおける前記バースト性を判定し、前記バースト性の判定結果に基づいて、前記バースト性が低いトラフィックが割り当てられる領域において、前記バースト性が高いトラフィックを定期的に割り当てることを要旨とする。

本発明の第６の特徴は、本発明の第５の特徴に係り、前記チャネル割当部は、前記バースト性が低いトラフィックが割り当てられる領域と対応する前記無線通信チャネルのチャネル推定を実行する場合、前記バースト性が高いトラフィックが割り当てられた領域を含む所定間隔前のフレームを参照して前記チャネル推定を実行することを要旨とする。

本発明の第７の特徴は、本発明の第１の特徴に係り、前記無線通信チャネルの信号対干渉波比の変動量に基づいて、前記バースト性が高いトラフィックが割り当てられる領域（ゾーンＺ２）と、前記バースト性が低いトラフィックが割り当てられる領域（ゾーンＺ１）との境界を変更するフレーム処理部を備えることを要旨とする。

本発明の第８の特徴は、複数の無線基地局が同一無線通信チャネルを地理的に離れた場所で繰り返し利用する無線通信システムにおいて用いられる無線通信制御方法であって、所定時間内に送受信されるデータ量の変動の程度に基づいて定められるトラフィックのバースト性を判定するステップと、前記無線通信チャネルを設定し、設定した前記無線通信チャネルを前記移動端末に割り当てるステップとを備え、前記無線通信チャネルを割り当てるステップでは、セル間干渉量の変動に対して耐力を有するロバスト型チャネル割当方法、または前記ロバスト型チャネル割当方法よりも前記耐力は低いものの前記ロバスト型チャネル割当方法よりも前記無線通信チャネルの効率よく再利用することができる効率型チャネル割当方法を用いて前記無線通信チャネルを割り当てることができ、前記無線通信システムを構成する無線リソースは、少なくとも第１の論理領域と第２の論理領域とに分割され、前記第１の論理領域では、前記効率型チャネル割当方法が用いられ、前記第２の論理領域では、前記ロバスト型チャネル割当方法が用いられ、前記無線通信チャネルを割り当てるステップでは、前記トラフィックのバースト性を判定するステップにおいて判定された前記トラフィックのバースト性に基づいて、前記ロバスト型チャネル割当方法または前記効率型チャネル割当方法の何れかを用いて前記無線通信チャネルを割り当てることを要旨とする。

本発明の特徴によれば、バースト性が高いトラフィックを取り扱う場合でも、他の無線通信に影響を与えるような干渉が発生することを防止し、無線通信システムが同時期に収容できる移動端末の数を増大させることができる無線通信制御装置及び無線通信制御方法を提供することができる。

次に、本発明の実施形態について説明する。なお、以下の図面の記載において、同一または類似の部分には、同一または類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであり、各寸法の比率などは現実のものとは異なることに留意すべきである。

したがって、具体的な寸法などは以下の説明を参酌して判断すべきものである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。

（無線通信システムの全体概略構成）
図１は、本実施形態において無線通信システムを構成する移動体通信システムの全体概略構成図である。図１に示すように、移動体通信システム１は、コアネットワーク１０、無線基地局１００Ａ，１００Ｂ、及び移動端末２００Ａ〜２００Ｃによって構成される。なお、移動体通信システム１に含まれる無線基地局及び移動端末の数量は、図１に示した数量に限定されるものではない。

本実施形態では、移動体通信システム１は、ＩＥＥＥ８０２．１６ｅ（モバイルＷｉＭＡＸ）に準拠していることを想定して説明する。また、無線基地局１００Ａ，１００Ｂは、同一の無線通信チャネルＣＨを地理的に離れた場所で繰り返し利用する。具体的には、移動体通信システム１では、同一のチャネル割当順序にしたがって無線通信チャネルＣＨが選択され、選択された無線通信チャネルＣＨのうち、信号対干渉波比（例えば、ＣＩＲ）が所定の閾値を超える無線通信チャネルＣＨを移動端末２００Ａ（または移動端末２００Ｂ，２００Ｃ）に順次割り当てるチャネル割当方法（効率型チャネル割当方法）が用いられる。

より具体的には、移動体通信システム１では、効率型チャネル割当方法として、Autonomous Reuse Partitioning（ＡＲＰ、例えば、“RP-Reconstructing ARP Strategy for Micro-Cellular”、IEICE TRANS. COMMUN., VOL. E38-B, NO.5、２０００年５月）が用いられる。ＡＲＰでは、移動体通信システム１で無線通信チャネルＣＨの検索順序が統一される。無線基地局１００Ａ，１００Ｂは、当該検索順序にしたがって無線通信チャネルＣＨの検索を行い、最初に割当条件を満たす無線通信チャネルＣＨを移動端末に割り当てる。

このように無線通信チャネルＣＨを割り当てることによって、無線通信チャネルＣＨごとに最適な“チャネル再利用距離”が自律的に設定されるため、移動体通信システム１が同時期に収容できる移動端末の数を増大させることができる。

コアネットワーク１０は、無線基地局１００Ａと無線基地局１００Ｂとを接続する。無線基地局１００Ａ，１００Ｂは、移動端末２００Ａ〜２００Ｃと無線通信チャネルＣＨを設定してデータを送受信する。無線基地局１００Ａは、セルＣ１を形成する。また、無線基地局１００Ｂは、セルＣ２を形成する。本実施形態において、無線基地局１００Ａ，１００Ｂは、無線通信制御装置を構成する。

移動端末２００Ａ〜２００Ｃは、移動可能な無線通信端末である。移動端末２００Ａ〜２００Ｃは、無線通信チャネルＣＨを用いてデータを送受信する。

（無線通信制御装置の機能ブロック構成）
次に、本実施形態において無線通信制御装置を構成する無線基地局１００Ａの機能ブロック構成について説明する。なお、無線基地局１００Ｂも無線基地局１００Ａと同様の機能ブロック構成を有する。

（１）全体構成
図２は、無線基地局１００Ａの全体機能ブロック構成図である。なお、以下、本発明との関連がある部分について主に説明する。したがって、無線基地局１００Ａは、当該装置としての機能を実現する上で必須な、図示しない或いは説明を省略した機能ブロック（電源部など）を備える場合があることに留意されたい。

図２に示すように、無線基地局１００Ａは、無線通信部１０１、ベースバンド信号処理部１０３、ネットワーク接続部１０５及び通信制御部１１０を備える。

無線通信部１０１は、所定の無線周波数帯域（例えば、２．５ＧＨｚ帯）の無線信号を送受信し、無線信号からベースバンド信号への変換、及びベースバンド信号から無線信号への変換を実行する。

ベースバンド信号処理部１０３は、データ、具体的には、ユーザデータや制御データなどに対応するベースバンド信号を生成し、無線通信部１０１に送信したり、無線通信部１０１から受信したベースバンド信号にからユーザデータなどを取得したりする。なお、ユーザデータとは、例えば、音声通信データ（ＶｏＩＰ）、電子メールデータ及びファイル転送データ（ＦＴＰ）である。

ネットワーク接続部１０５は、コアネットワーク１０と接続するための接続インターフェースによって構成される。

通信制御部１１０は、無線通信部１０１において送受信される無線信号、及びベースバンド信号処理部１０３を介して送受信されるベースバンド信号に関する制御を実行する。

（２）通信制御部１１０の詳細機能ブロック構成
図３は、通信制御部１１０の詳細機能ブロック構成図である。図３に示すように、通信制御部１１０は、ＱｏＳ処理部１１１、統計量演算部１１３、チャネル割当部１１５、フレーム処理部１１７及び干渉マージン設定部１１９によって構成される。

ＱｏＳ処理部１１１は、無線通信チャネルＣＨを介して送受信されるトラフィックのＱｏＳ制御に関する処理を実行する。具体的には、ＱｏＳ処理部１１１は、データを送信する前に、当該データによって構成されるトラフィックのＱｏＳ（例えば、通信速度、許容遅延量及びトラフィックの種類）の設定情報を移動端末２００Ａ（２００Ｂ，２００Ｃ）と交換する。なお、ＱｏＳ処理部１１１は、下り方向の場合、ＱｏＳの設定情報をコアネットワーク１０から取得する。

また、ＱｏＳ処理部１１１は、移動端末（移動端末２００Ａ〜２００Ｃ）とＱｏＳの設定情報を交換することによって、トラフィックを構成するデータが再送を許容するか否かを判定することができる。なお、ＱｏＳ処理部１１１は、トラフィックの種類に基づく最大許容遅延と、ベースバンド信号処理部１０３に含まれるバッファ内にデータが滞留している時間とに基づいて、当該データが再送を許容するか否かを判定することもできる。

さらに、ＱｏＳの設定情報には、当該トラフィックに関するバースト性の情報、伝送速度に関する情報、許容遅延、トラフィックの種類、定レート／変動レートなどが含まれている。本実施形態において、ＱｏＳ処理部１１１は、トラフィック特性判定部を構成する。

ここで、図９は、トラフィックの種類とバースト性との関係を示す。図９に示すように、ファイルサイズの小さいファイルデータの転送（ＦＴＰ）や、ファイルサイズの小さい電子メールを多数送受信する場合、一般的にトラフィックのバースト性が高くなる。

また、ＨＴＴＰやリモートデスクトップに関するデータによって構成されるトラフィックは、一般的にバースト性が高いが、送受信されるデータ量が多い場合、バースト性を低くすることもできる。ＶｏＩＰやストリーミングに関するデータは、一般的にジッタを有するため、当該ジッタの取り扱い次第で、ＶｏＩＰやストリーミングに関するデータによって構成されるトラフィックのバースト性を低くすることができる。

統計量演算部１１３は、無線通信チャネルＣＨを介して送受信されるトラフィックの各種統計量を演算する。特に、本実施形態では、統計量演算部１１３は、無線通信チャネルＣＨにおけるセル間干渉量の変動の状況（バースト性）を推定する。或いは、統計量演算部１１３は、各コネクションのデータ伝送量の変動量（バースト性）に関する情報を収集してもよい。

具体的には、統計量演算部１１３は、上り方向（移動端末→無線基地局方向）及び下り方向（無線基地局方向→移動端末）において、以下に示す処理を実行することができる。

−上り方向
・ 自セルで受信されるセル外干渉量を測定し、セル外干渉のバースト性を判定する。

・ 自セルのフレームの使用状況より、自セルにおける信号のバースト性を判定し、他セルへの共有情報として発信する。さらに、隣接セルから得られた当該情報に基づいてセル外干渉の変動量を判定する。

−下り方向
・ 移動端末にセル外干渉量を測定させ、当該セル外干渉量を無線基地局１００Ａに送信させる。

・ コアネットワーク１０を介して、他セルへの共有情報を取得する。

また、統計量演算部１１３は、上り方向のＡＣＫデータの送信に用いられる無線通信チャネルＣＨにおける信号対干渉波比を測定することで、セル外トラフィックのバースト性を推定することもできる。ただし、この場合、無線通信チャネルＣＨの割り当て領域サイズが固定であり、対応するＡＣＫ送信位置を固定的に対応させておく必要がある。

チャネル割当部１１５は、無線通信チャネルＣＨを移動端末に割り当てる。具体的には、チャネル割当部１１５は、利用する無線周波数及び送受信タイミングによって規定される無線通信チャネルＣＨを移動端末に割り当てる。

特に、本実施形態では、チャネル割当部１１５は、セル間干渉量の変動に対して耐力を有するロバスト型チャネル割当方法（例えば、ランダム割当方法）、またはロバスト型チャネル割当方法よりも当該耐力は低いもののロバスト型チャネル割当方法よりも無線通信チャネルＣＨの効率よく再利用することができる効率型チャネル割当方法、具体的には、ＡＲＰを用いて無線通信チャネルＣＨを割り当てることができる。

チャネル割当部１１５は、ＱｏＳ処理部１１１または統計量演算部１１３によって判定されたトラフィックのバースト性、受信信号電力対（干渉信号＋雑音）電力比（ＳＩＮＲ）及び干渉マージンに基づいて、ロバスト型チャネル割当方法または効率型チャネル割当方法の何れかを用いて無線通信チャネルＣＨを割り当てる。

具体的には、チャネル割当部１１５は、のバースト性が高いと判定された場合、ＡＲＰではなく、ランダム割当方法を用いて無線通信チャネルＣＨを割り当てる。すなわち、チャネル割当部１１５は、トラフィックのバースト性が高いと判定された場合、ランダムに選択した無線周波数を用いる無線通信チャネルＣＨを当該移動端末に割り当てる。

チャネル割当部１１５は、ＱｏＳ処理部１１１または統計量演算部１１３によってトラフィックのバースト性が低いと判定された場合、つまり、送受信するべきデータ量があまり変動せず、一定のデータ量が継続して送受信される連続性が高いトラフィックである場合、ＡＲＰ（fractional reuse）を用いて無線通信チャネルＣＨを割り当てる。

また、本実施形態では、チャネル割当部１１５は、干渉マージン設定部１１９によって設定されたＳＩＮＲマージン（干渉マージン）に基づいて、ロバスト型チャネル割当方法または効率型チャネル割当方法の何れかを用いて無線通信チャネルＣＨを設定するかを判定する。また、例外として、最初に適用されたチャネル割当方法では割り当てられる無線通信チャネルＣＨがないが、他方のチャネル割当方法では割り当て可能なチャネルがある場合は他方のチャネル割当方法により無線通信チャネルＣＨを割り当てる。

フレーム処理部１１７は、無線通信チャネルＣＨを用いて送受信されるデータが含まれるフレームに関する処理を実行する。具体的には、フレーム処理部１１７は、無線通信チャネルＣＨを用いて送受信されるデータをフレームに割り当てるとともに、当該フレーム内の所定の時間領域ごとにバースト性の異なるトラフィックを割り当てる。

ここで、図５は、本実施形態に係る単位フレームの基本構成を示す。図５に示すように、単位フレームＦ１は、プリアンブルＰＡ、ゾーンＺ１及びゾーンＺ２によって構成される。例えば、フレーム処理部１１７は、移動端末２００Ａと送受信するトラフィックをゾーンＺ１に割り当て、移動端末２００Ｂと送受信するトラフィックをゾーンＺ２に割り当てることができる。また、１ユーザに割り当てる無線リソースは、各ゾーンをさらに細分化した単位であってもよい。

本実施形態では、フレーム処理部１１７は、トラフィックのバースト性に応じて割り当てるゾーンを変更することができる。例えば、連続性が高いトラフィックをゾーンＺ１に割り当て、バースト性が高いトラフィックをゾーンＺ２に割り当てることができる。

また、フレーム処理部１１７は、統計量演算部１１３において演算される信号対干渉波比の変動量に基づいて、或いは、自セルで伝送されるバースト性が高いデータ量と、連続性の高いデータ量を考慮して、ゾーンＺ１とゾーンＺ２の境界Ｂ（図５参照）を変更することができる。さらに、フレーム処理部１１７は、ゾーンＺ１とゾーンＺ２の境界を変更する場合、バースト性が高いトラフィックが割り当てられる領域の近傍に、無線通信チャネルＣＨの使用率の低い領域を配置する。

具体的には、領域の境界を変更させることでバースト性の高いデータと、連続性の高いデータとの比率が変動した場合でも効率よく無線リソースを活用することが可能となる。一方で、バースト性の高い領域の近傍に無線通信チャネルＣＨの使用率の低い領域を配置し、境界を変動させると、セル端ユーザに受信されるセル外干渉が大きくなると予想される。

また、バースト性の高い領域の近傍に無線通信チャネルＣＨの使用率の低い領域を配置し、境界を変動させると、バースト性の高い信号の領域で受信されるセル外干渉電力が高くなることが予測される。すなわち、これらのどちらの方式を用いるかは、システムの設計方針などにより判断される。

なお、より具体的なトラフィックのゾーンへの割当方法については、後述する。

干渉マージン設定部１１９は、無線通信チャネルＣＨを設定するか否かの判定に用いられる干渉マージン、具体的には、ＳＩＮＲマージンを設定する。干渉マージン設定部１１９は、（１）トラフィックの種類、（２）統計量演算部１１３により算出されるセル間干渉のバースト性、または（３）チャネル割当方法（ＡＲＰ、ランダム割当または固定割当）により、適用されるＳＩＮＲマージンの値を決定する。

図１０に、再送が許容される場合において、ＡＲＰを使用して無線チャネルを設定する際のＳＩＮＲマージンの設定例を示す。例えば、干渉マージン設定部１１９は、トラフィックのバースト性が高く、許容される遅延量（伝送遅延）が大きい場合、中程度のＳＩＮＲマージン（マージンｘ）を設定する。また、干渉マージン設定部１１９は、トラフィックのバースト性が高く、許容される遅延量が小さい場合、中程度のＳＩＮＲマージンよりも大きなＳＩＮＲマージン（マージンｙ，ｙ＞ｘ）を設定する。さらに、干渉マージン設定部１１９は、トラフィックのバースト性が低く、許容される遅延量が大きい場合、中程度のＳＩＮＲマージンよりも小さなＳＩＮＲマージン（マージンｚ，ｚ＜ｘ）を設定する。

また、干渉マージン設定部１１９は、ＱｏＳ処理部１１１によって、トラフィックを構成するデータの再送が許容されないと判定された場合、再送が許容される場合よりもＳＩＮＲマージンを大きくすることが好ましい。

（無線通信制御装置の動作）
次に、本実施形態において無線通信制御装置を構成する無線基地局１００Ａの動作について説明する。具体的には、無線基地局１００Ａによる無線通信チャネルＣＨの割当動作、及び無線基地局１００Ａによるフレームへのトラフィックの割当動作について説明する。なお、無線基地局１００Ｂも無線基地局１００Ａと同様に動作することができる。

（１）無線通信チャネルの割当動作
図４は、再送可能なトラフィックに対する無線基地局１００Ａによる無線通信チャネルＣＨの割当動作例を示す。図４に示すように、ステップＳ１０において、無線基地局１００Ａは、移動端末（例えば、移動端末２００Ａ）に送信するパケットの送信待ち時間が許容レベル内か否かを判定する。

移動端末に送信するパケットの送信待ち時間が許容レベル内である場合（ステップＳ１０のＹＥＳ）、ステップＳ２０において、無線基地局１００Ａは、送信するパケットに含まれるトラフィックのバースト性を判定する。

移動端末に送信するパケットの送信待ち時間が許容レベル内でない場合（ステップＳ１０のＮＯ）、ステップＳ３０において、無線基地局１００Ａは、当該パケットを廃棄する。

送信するパケットに含まれるトラフィックのバースト性が低い場合（ステップＳ２０のＹＥＳ）、つまり、送受信するべきデータ量があまり変動せず、一定のデータ量が継続して送受信される連続性が高いトラフィックである場合、ステップＳ４０において、無線基地局１００Ａは、ＡＲＰ（fractional reuse）を用いて無線通信チャネルＣＨを当該移動端末に割り当てる。

ステップＳ５０において、無線基地局１００Ａは、ＡＲＰ（fractional reuse）を用いた無線通信チャネルＣＨの割り当てが成功したか否かを判定する。

ＡＲＰ（fractional reuse）を用いた無線通信チャネルＣＨが失敗した場合（ステップＳ５０のＮＯ）、ステップＳ６０において、無線基地局１００Ａは、ＡＲＰを用いずに、ランダム割当方法を用いて、つまり、ランダムに選択した無線周波数を用いる無線通信チャネルＣＨを当該移動端末に割り当てる。

ステップＳ７０において、無線基地局１００Ａは、ランダムに選択した無線周波数を用いる無線通信チャネルＣＨの割り当てが成功したか否かを判定する。

ランダムに選択した無線周波数を用いる無線通信チャネルＣＨの割り当てが失敗した場合（ステップＳ７０のＹＥＳ）、無線基地局１００Ａは、ステップＳ１０からの処理を繰り返す。

なお、無線基地局１００Ａは、上述した無線通信チャネルの割当動作において、（１）トラフィックの種類、（２）受信されるセル間干渉のバースト性、または（３）チャネル割当方法（ＡＲＰ、ランダム割当または固定割当）によりＳＩＮＲマージンを設定することができる。さらに、ＳＩＮＲマージンの設定は、チャネル割当方法ごとに適した値を設定することが望ましい。本実施形態では、連続性が高いトラフィックがＡＲＰにより割り当てられなかった場合に、ランダム割当方法により無線通信チャネルＣＨが割り当てられる例を示したが、逆に、バースト性が高いトラフィックがランダム割当方法により割り当てられない場合には、ＡＲＰにより無線通信チャネルＣＨが割り当てられるようにしてもよい。

（２）フレームへのトラフィックの割当動作
次に、無線基地局１００Ａによるフレームへのトラフィックの割当動作について説明する。具体的には、フレーム内におけるトラフィックの割当動作、及び複数のフレームに跨ったトラフィックの割当動作について説明する。

（２．１）フレーム内におけるトラフィックの割当動作
上述したように、本実施形態では、基本的なフレームとして単位フレームＦ１（図５参照）が用いられる。

図６は、無線基地局１００Ａによる無線通信チャネルＣＨの割当例を示す。図６に示すように、単位フレームＦ１のゾーンＺ１には、無線通信チャネルＣＨ_Ａ，ＣＨ_Ｂ，ＣＨ_Ｃが割り当てられる。なお、単位フレームＦ１のゾーンＺ２には、ランダムに選択した無線周波数を用いる無線通信チャネルＣＨが割り当てられる。なお、これらの無線通信チャネルＣＨの割当は、フレーム内を分割したゾーンごとにではなく、フレームごとに行ってもよい。

すなわち、移動体通信システム１を構成する無線リソースは、少なくともゾーンＺ１に係る無線リソースの領域（第１の論理領域）と、ゾーンＺ２の無線リソースの領域（第２の論理領域）とに分割される。ゾーンＺ１に係る無線リソースの領域では、ＡＲＰが用いられ、ゾーンＺ２の無線リソースの領域では、ランダム割当方法が用いられる。

また、図６に示す割当例では、無線通信チャネルＣＨ_Ａは、セルＣ１〜セルＣ４までのすべてのセル、つまり、無線基地局１００Ａ〜１００Ｄのすべての無線基地局において用いられている。無線通信チャネルＣＨ_Ａは、セル内の狭いエリアをカバレッジとする。

無線通信チャネルＣＨ_Ｂは、セルＣ１及びセルＣ３において用いられている。無線通信チャネルＣＨ_Ｂは、無線通信チャネルＣＨ_Ａよりも無線基地局から離れたエリアで使用される。

無線通信チャネルＣＨ_Ｃは、セルＣ１及びセルＣ４において用いられている。無線通信チャネルＣＨ_Ｃは、無線通信チャネルＣＨ_Ｂよりも無線基地局から離れたエリアで使用される。

このように、無線通信チャネルＣＨ_Ａは、最も短いチャネル再利用距離で再利用される。また、無線通信チャネルＣＨ_Ｂ，ＣＨ_Ｃのように、設定する無線通信チャネルＣＨの利用率によってチャネル再利用距離を変更することができる。このため、移動体通信システム１では、平均的に短いチャネル再利用距離の設定が可能となる。

また、ここでは、セルＣ２、Ｃ４のみに無線通信チャネルＣＨ_Ｂが割り当てられているが、無線通信チャネルＣＨ_Ｂを周波数分割するなどによりセルＣ１とセルＣ３に対しても１セルごとの繰り返し距離で使用される無線通信チャネルを割り当てることが可能である。

さらに、基本的な伝送方式としてOFDMAを用いる場合、CDMAのような干渉を発生させることも可能である。このような性質を用いて、無線通信チャネルＣＨ_Ａ、ＣＨ_Ｂ，ＣＨ_Ｃをすべてのセルで使用させ、各無線通信チャネルの使用率を例えば、ＣＨ_Ａ:１００％、ＣＨ_Ｂ：６０％、ＣＨ_Ｃ：３０％とすることによって、上記で説明した場合と同様な無線通信チャネルの使用方法が可能となる。

（２．２）複数のフレームに跨ったトラフィックの割当動作
次に、複数のフレームに跨ったトラフィックの割当動作について、図７及び図８を参照して説明する。

図７に示すフレームＦ１０は、複数の単位フレームによって構成される。フレームＦ１０では、バースト性が高いトラフィックを構成するデータのコアネットワーク１０側からの到着タイミングに基づいて、当該トラフィックを構成するデータが単位フレームＦ_Ｂに割り当てられている。

一方、フレームＦ１１では、バースト性が高いトラフィックを含む単位フレームＦ_Ｂが一定の間隔で所定の位置に割り当てられる。このため、フレームＦ１０では、バースト性が高いトラフィックと同様に、他セルに対してバースト性が高い（予測困難な）干渉を与えていたトラフィックをフレームＦ１１のように割り当てることによって、当該トラフィックをバースト性が低いトラフィックとして扱うことができるようになる。バースト性が低いトラフィックとして扱うことが可能になると、より効率的に無線通信チャネルＣＨを使用可能なＡＲＰなどを用いた無線通信チャネルＣＨの割当方法を適用することが可能になり、無線通信チャネルＣＨの利用効率を高めることができる。なお、バースト性が高いトラフィックの所定の位置に集中は、全セル（セルＣ１，Ｃ２）において同様に実行される。

また、バースト性が高いトラフィックを含む単位フレームＦ_Ｂにおいても、ｎフレーム前の信号対干渉波比（ＣＩＲ）を参照することによって、当該単位フレームＦ_Ｂの信号対干渉波比をある程度予測することができる。さらに、バースト性が高いトラフィックを含む単位フレームＦ_Ｂに連続性が高いトラフィックを割り当ててもよい。この場合、当該単位フレームＦ_Ｂにおける信号対干渉波比は、ｎフレーム前の信号対干渉波比、及び直前のフレームの信号対干渉波比を参照して推定される。

具体的には、図８に示すように、フレームＦ１２は、単位フレームＦ１〜Ｆ６を含む。各単位フレームには、上述したように、無線通信チャネルＣＨ_Ａ，ＣＨ_Ｂ，ＣＨ_Ｃが割り当てられる。

ここで、単位フレームＦ１，Ｆ２，Ｆ４，Ｆ５がセットで使用されるものとし、単位フレームＦ３，Ｆ６がセットで使用されるものとする。具体的には、ある大量のデータを送信する場合、初めに単位フレームＦ１を使用して送信が開始されたデータは、引き続き単位フレームＦ２，Ｆ４，Ｆ５を使用して送信される。その後、次のサイクルの単位フレームＦ１，Ｆ２…を使用して残りのデータが順次送信される。

一方、単位フレームＦ３を使用して送信が開始されたデータは、単位フレームＦ６まで待って残りのデータが送信される。このようなルールは全セルで統一されているものとする。

例えば、単位フレームＦ４において移動端末２００Ａにデータを送信する際、無線基地局１００Ａは、単位フレームＦ１及びＦ２における信号対干渉波比を参照（図中において矢印で表示）し、ＣＩＲを推定する。同様に、単位フレームＦ６において移動端末２００Ｂにデータを送信する際、無線基地局１００Ａは、単位フレームＦ３における信号対干渉波比を参照（図中において矢印で表示）し、ＣＩＲを推定する。

なお、本実施形態では、フレーム内におけるトラフィックの割当動作、及び複数のフレームに跨ったトラフィックの割当動作が実行されるが、音声通信のように低いビットレートで、長期間回線（コネクション）を保有するようなトラフィックを、フレームを跨った割り当て処理（定期的な間隔をあけての割り当て）により割り当て、それ以外のトラフィックについては、各トラフィックのバースト性に応じて各フレーム内において無線通信チャネルＣＨを割り当てるようにすればよい。

（作用・効果）
無線基地局１００Ａ（１００Ｂ）によれば、移動端末と送受信するトラフィックのバースト性が高いと判定された場合、ＡＲＰではなく、ランダム割当方法を用いて無線通信チャネルＣＨが移動端末に割り当てられる。

このため、ＡＲＰを用いて同一の無線周波数を再利用する場合でも、バースト性が高いトラフィックによって他の無線通信に影響を与えるような干渉の発生を防止できる。

すなわち、無線基地局１００Ａによれば、バースト性が高いトラフィックを取り扱う場合でも、他の無線通信に影響を与えるような干渉が発生することを防止し、移動体通信システム１が同時期に収容できる移動端末の数を増大させることができる。

本実施形態では、トラフィックのバースト性が高いと判定された場合、ランダムに選択した無線周波数を用いる無線通信チャネルＣＨが移動端末に割り当てられる。このため、特定の無線通信チャネルＣＨにおいて干渉が発生することを回避することができる。

本実施形態では、当該トラフィックの再送が許容される場合、再送が許容されない場合よりも干渉マージンが小さくなる。すなわち、トラフィックの再送が許容される場合、干渉波のレベルが比較的大きくても同一の無線周波数を再利用するＡＲＰが用いられる。このため、移動体通信システムが同時期に収容できる移動端末の数を増大させることができる。

本実施形態では、フレーム（例えば、単位フレームＦ１）内の所定の時間領域（例えば、ゾーンＺ１，Ｚ２）ごとにバースト性の異なるトラフィックが割り当てられる。すなわち、特定の時間領域にバースト性の高いトラフィックを集中させることができる。このため、他の時間領域に割り当てられるトラフィックのバースト性が相対的に低くなり、当該他の時間領域では、ＡＲＰを効率的に動作せせることが可能となり、より大きなシステムキャパシティを達成することが可能となる。

（その他の実施形態）
上述したように、本発明の一実施形態を通じて本発明の内容を開示したが、この開示の一部をなす論述及び図面は、本発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態が明らかとなろう。

例えば、上述した本発明の実施形態では、モバイルＷｉＭＡＸを例として説明したが、本発明の適用範囲は、モバイルＷｉＭＡＸに限定されるものでない。本発明は、同一の無線周波数を再利用する無線通信チャネルＣＨの割当方法を用いる移動体通信システムに適用することができる。

上述した実施形態では、無線基地局１００Ａ（１００Ｂ）が無線通信制御装置として機能したが、無線通信制御装置は、無線基地局１００Ａから分離し、コアネットワーク１０に接続するようにしてもよい。

上述した実施形態では、上り方向及び下り方向の何れの方向にも本発明を適用する場合を例として説明したが、下り方向については、必ずしも本発明を適用しなくても構わない。すなわち、バースト性が高いトラフィックを無線基地局から多くの移動端末に対して次々と送信する場合、各セルにおいてバースト性が高くならないようにデータの送信タイミングを調整することができるため、各トラフィックのバースト性の高さは、大きな問題とはならない場合もあるためである。

ただし、送信電力制御が実行され、アダプティブアンテナが用いられる場合において、宛先の移動端末により異なるビームが用いられる場合については、下り方向についても大きな効果が期待できると予想される。

一方、上り方向では、無線基地局での例のように複数ユーザのトラフィックを多重することにより得られるバースト性の低減効果は期待できないため、移動体通信システム全体としての上り方向のトラフィックは、一般的にバースト的な送信になる可能性が高い。各移動端末がバースト性の高いトラフィックを送信すると、セル外へ与える干渉のバースト性も高くなると考えられ、本実施形態に係る方法によって得られる効果が大きいと推測される。

また、上述した実施形態では、信号対干渉波比としてＣＩＲが用いられていたが、干渉波のレベルが判定できるものであれば、ＣＩＲ以外の情報を用いても構わない。

さらに、上述した実施形態では、ロバスト型チャネル割当方法としてランダム割当方法が用いられていたが、ランダム割当方法に代えて、特定の無線通信チャネルＣＨを固定的に割り当てる固定割当方法を用いてもよい。

このように、本発明は、ここでは記載していない様々な実施の形態などを含むことは勿論である。したがって、本発明の技術的範囲は、上述の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。

本発明の実施形態に係る移動体通信システムの全体概略構成図である。 本発明の実施形態に係る無線基地局の全体機能ブロック構成図である。 本発明の実施形態に係る通信制御部１１０の詳細機能ブロック構成図である。 本発明の実施形態に係る無線基地局による無線通信チャネルの割当動作フロー図である。 本発明の実施形態に係る単位フレームの基本構成を示す図である。 本発明の実施形態に係る無線通信チャネルの割当例を示す図である。 本発明の実施形態に係るフレームの構成例を示す図である。 本発明の実施形態に係るフレームの構成例を示す図である。 本発明の実施形態に係るトラフィックの種類とバースト性との関係を示す図である。 本発明の実施形態に係る干渉マージンの設定に用いられるテーブル（マトリックス）例である。 本発明の実施形態に係る複数の単位フレームへのトラフィックの割当例を示す図である。

符号の説明

１…移動体通信システム、１０…コアネットワーク、１００Ａ，１００Ｂ…無線基地局、１０１…無線通信部、１０３…ベースバンド信号処理部、１０５…ネットワーク接続部、１１０…通信制御部、１１１…ＱｏＳ処理部、１１３…統計量演算部、１１５…チャネル割当部、１１７…フレーム処理部、１１９…干渉マージン設定部、２００Ａ〜２００Ｃ…移動端末、Ｂ…境界、Ｃ１，Ｃ２…セル、ＣＨ…無線通信チャネル、Ｆ１〜Ｆ６，Ｆ_Ｂ…単位フレーム、Ｆ１０〜Ｆ１２…フレーム、ＰＡ…プリアンブル、Ｚ１，Ｚ２…ゾーン

Claims (8)

1. 複数の無線基地局が同一無線通信チャネルを地理的に離れた場所で繰り返し利用する無線通信システムにおける無線通信制御装置であって、
   所定時間内に送受信されるデータ量の変動の程度に基づいて定められるトラフィックのバースト性を判定するトラフィック特性判定部と、
   前記無線通信チャネルを設定し、設定した前記無線通信チャネルを前記移動端末に割り当てるチャネル割当部と
   を備え、
   前記チャネル割当部は、セル間干渉量の変動に対して耐力を有するロバスト型チャネル割当方法、または前記ロバスト型チャネル割当方法よりも前記耐力は低いものの前記ロバスト型チャネル割当方法よりも前記無線通信チャネルの効率よく再利用することができる効率型チャネル割当方法を用いて前記無線通信チャネルを割り当てることができ、
   前記無線通信システムを構成する無線リソースは、少なくとも第１の論理領域と第２の論理領域とに分割され、
   前記第１の論理領域では、前記効率型チャネル割当方法が用いられ、前記第２の論理領域では、前記ロバスト型チャネル割当方法が用いられ、
   前記チャネル割当部は、前記トラフィック特性判定部によって判定された前記トラフィックのバースト性に基づいて、前記ロバスト型チャネル割当方法または前記効率型チャネル割当方法の何れかを用いて前記無線通信チャネルを割り当てる無線通信制御装置。
2. 前記チャネル割当部は、前記トラフィック特性判定部によって前記トラフィックのバースト性が高いと判定された場合、前記ロバスト型チャネル割当方法を用いて前記無線通信チャネルを割り当てる請求項１に記載の無線通信制御装置。
3. 前記チャネル割当部は、前記トラフィックのバースト性により判定された前記チャネル割り当て方法によって前記無線通信チャネルの割り当てが行えない場合、他のチャネル割当方法を用いて前記無線通信チャネルを割り当てる請求項１に記載の無線通信制御装置。
4. 前記トラフィック特性判定部は、前記トラフィックを構成するデータが再送を許容するか否かを判定し、
   前記トラフィック特性判定部によって、前記再送が許容されると判定された場合、前記再送が許容されない場合よりも、前記無線通信チャネルを設定するか否かの判定に用いられる干渉マージンを小さくする干渉マージン設定部を備え、
   前記干渉マージン設定部は、前記トラフィックが割り当てられる領域、前記バースト性、前記再送の有無または許容される伝送遅延に基づいて、前記干渉マージンを設定する請求項１に記載の無線通信制御装置。
5. 前記チャネル割当部は、各コネクションにおける前記バースト性を判定し、前記バースト性の判定結果に基づいて、前記バースト性が低いトラフィックが割り当てられる領域において、前記バースト性が高いトラフィックを定期的に割り当てる請求項１に記載の無線通信制御装置。
6. 前記チャネル割当部は、前記バースト性が低いトラフィックが割り当てられる領域と対応する前記無線通信チャネルのチャネル推定を実行する場合、前記バースト性が高いトラフィックが割り当てられた領域を含む所定間隔前のフレームを参照して前記チャネル推定を実行する請求項５に記載の無線通信制御装置。
7. 前記無線通信チャネルの信号対干渉波比の変動量に基づいて、前記バースト性が高いトラフィックが割り当てられる領域と、前記バースト性が低いトラフィックが割り当てられる領域との境界を変更するフレーム処理部を備える請求項１に記載の無線通信制御装置。
8. 複数の無線基地局が同一無線通信チャネルを地理的に離れた場所で繰り返し利用する無線通信システムにおいて用いられる無線通信制御方法であって、
   所定時間内に送受信されるデータ量の変動の程度に基づいて定められるトラフィックのバースト性を判定するステップと、
   前記無線通信チャネルを設定し、設定した前記無線通信チャネルを前記移動端末に割り当てるステップと
   を備え、
   前記無線通信チャネルを割り当てるステップでは、セル間干渉量の変動に対して耐力を有するロバスト型チャネル割当方法、または前記ロバスト型チャネル割当方法よりも前記耐力は低いものの前記ロバスト型チャネル割当方法よりも前記無線通信チャネルの効率よく再利用することができる効率型チャネル割当方法を用いて前記無線通信チャネルを割り当てることができ、
   前記無線通信システムを構成する無線リソースは、少なくとも第１の論理領域と第２の論理領域とに分割され、
   前記第１の論理領域では、前記効率型チャネル割当方法が用いられ、前記第２の論理領域では、前記ロバスト型チャネル割当方法が用いられ、
   前記無線通信チャネルを割り当てるステップでは、前記トラフィックのバースト性を判定するステップにおいて判定された前記トラフィックのバースト性に基づいて、前記ロバスト型チャネル割当方法または前記効率型チャネル割当方法の何れかを用いて前記無線通信チャネルを割り当てる無線通信制御方法。

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