JP5261772B2

JP5261772B2 - 無線通信システム、無線装置、および、無線通信方法

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Publication number: JP5261772B2
Application number: JP2009112689A
Authority: JP
Inventors: 友規村上; 理一工藤; 健太郎西森; 泰司鷹取; 匡人溝口
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2009-05-07
Filing date: 2009-05-07
Publication date: 2013-08-14
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Description

本発明は、複数の無線局からなる無線通信システム、無線装置、および、無線通信方法に関する。

複数無線通信システムが同一の周波数チャネルを利用するシステムの代表的なものとして無線ＬＡＮがある。無線ＬＡＮ（ＬｏｃａｌＡｒｅａＮｅｔｗｏｒｋ）では同一周波数で通信している無線局がないかをチェックする、キャリアセンス機能を用いたり、異なる周波数帯域を用いて通信を行うなどして、干渉電力が通信品質を著しく劣化させないように制御している（非特許文献１）。

「８０２．１１高速無線ＬＡＮ教科書」インプレスＲ＆Ｄ出版２００８年４月発行ｐ８７−１０７

しかしながら、上述した無線ＬＡＮのような複数無線通信システムが同一の周波数チャネルを利用するシステムにおいては、無線局の数や、用いる周波数帯域を増加させて通信速度を上げる無線局が増えると、上記無線ＬＡＮの技術では干渉の影響により通信速度が制約されるという問題があった。すなわち、同一の周波数チャネルを利用して複数の無線局が通信を行うことができるとともに、周波数の利用効率を向上させることが難しいという問題があった。

ところで、無線ＬＡＮのような無線通信システムでは、互いの端末が相互干渉しないようにキャリアセンスを行うことが知られている。キャリアセンスを行うことで複数の無線通信システムが同一周波数を利用可能とする方法では、無線局の数が増大するにしたがって、通信機会が減少し、スループットが低下するという課題がある。反対に、キャリアセンスを行わずに、通信機会を減少させないようにした場合、複数の無線通信システムの信号が互いに干渉を起こし、通信品質が著しく劣化するという課題がある。

干渉回避については、送信局側で干渉回避を行う方法と受信局側で干渉回避を行う方法がある。ただし、受信局側での干渉回避は受信局のハードウェア規模を増大させるという課題がある。また、パケットを正しく受信した際に、受信成功の情報を送信局にフィードバックするシステムでは、干渉回避が実施されるまでの処理遅延が大きくなると、予め定められた時間内に受信成功の情報を送信局へフィードバックできなくなる。したがって、送信局側での干渉回避機能の実現が望ましい。

なお、送信局側での干渉回避では、通信相手に対する干渉回避を目的としているため、自局の通信品質は向上せず、むしろ特性劣化が生じるため、自律分散で動作する無線通信システムでは送信局側において干渉回避を導入しづらいという課題があった。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、同一の周波数チャネルを利用して複数の無線局が通信を行うことができるとともに、周波数の利用効率を向上させることができる無線通信システム、無線装置、および、無線通信方法を提供することを目的とする。

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、本発明の一態様は、複数の無線局から構成される無線通信システムであって、前記無線局は、自局に対して干渉局となる無線局の存在を推定する干渉推定手段と、干渉局となる無線局が存在する場合に、送信ビームパターンを要素とする第１の送信リソースと、送信電力を要素とする第２の送信リソースと、送信タイミングを要素とする第３の送信リソースと、送信周波数を要素とする第４の送信リソースのうちの少なくとも１つの送信リソースを選択して調整する送信手段と、を備え、前記無線局の送信手段は、自局が選択した送信リソースを前記干渉局へ通知し、前記干渉局は、前記無線局から送信リソースが通知されたことに応じて、自局の送信リソースの中からいずれかの送信リソースを選択し、当該選択した送信リソースを前記無線局に通知するとともに、当該選択した送信リソースを調整する、ことを特徴とする無線通信システムである。

また、本発明の一態様は、上記の無線通信システムが、干渉が生じている無線局に干渉を回避する送信リソースを通知する通知部、を備える基地局を備え、前記無線局が、前記基地局から通知された送信リソースを調整する、ことを特徴とする。

また、本発明の一態様は、複数の基地局と複数の端末局とを含む複数の無線局から構成される無線通信システムであって、前記無線局は、自局に対して干渉局となる無線局の存在を推定する干渉推定手段を備え、前記基地局は、自局の通信セルに属する端末局に対して干渉局となる端末局が他局の通信セル内に存在する場合に、送信ビームパターンを要素とする第１の送信リソースと、送信電力を要素とする第２の送信リソースと、送信タイミングを要素とする第３の送信リソースと、送信周波数を要素とする第４の送信リソースのうちの少なくとも１つの送信リソースを、自局の選択可能な送信リソースとして前記他局に通知する通知部を備え、前記基地局のうちの第１基地局と第２基地局とのそれぞれの前記通知部は、前記第１基地局の通信セルに属する第１端末局と前記第２基地局の通信セルに属する第２端末局とが互いに干渉局となる場合、自局の選択可能な送信リソースを互いに通知し、前記第１基地局及び前記第２基地局のうちの少なくとも一方の基地局は、自局の選択可能な送信リソースと他方の基地局から通知された選択可能な送信リソースとに基づいて、干渉が生じている前記干渉局の干渉を回避する送信リソースを選択し、前記第１基地局の前記通知部は、前記選択された送信リソースを前記第１端末局に通知し、前記第２基地局の前記通知部は、前記選択された送信リソースを前記第２端末局に通知し、前記第１端末局は、前記第１基地局から通知された送信リソースを調整し、前記第２端末局は、前記第２基地局から通知された送信リソースを調整することを特徴とする無線通信システムである。

また、本発明の一態様は、上記の無線通信システムにおいて、前記無線局は、前記第１のリソースを記した第１のコードブックと、前記第２のリソースを記した第２のコードブックと、前記第３のリソースを記した第３のコードブックと、前記第４のリソースを記した第４のコードブックのうち少なくとも１つのコードブックが記憶されている記憶部、を備え、前記自局に対して干渉局となる無線局が存在する場合に、前記第１から第４のコードブックの中からいずれかのコードブックを選択し、当該選択したコードブックを前記干渉局に通知するとともに、当該選択したコードブックに記されているリソースを調整することを特徴とする。

また、本発明の一態様は、信号を送受信するアンテナ部と、前記アンテナ部の送受を切り替える信号切り替え部と、前記アンテナ部で受信された信号を取得する信号取得部と、前記信号取得部の出力信号を解析することで、干渉局を検出し、前記干渉局の干渉状態を推定する干渉局情報推定部と、前記干渉局情報推定部により推定された前記干渉局の干渉状態を示す情報を含む干渉局通知信号を生成する干渉局情報生成部と、前記干渉局通知信号を含む送信信号を、前記アンテナ部を介して送信する送信部と、を具備し、前記送信部は、送信ビームパターンを要素とする第１の送信リソースと、送信電力を要素とする第２の送信リソースと、送信タイミングを要素とする第３の送信リソースと、送信周波数を要素とする第４の送信リソースのうちの少なくとも１つの送信リソースを選択して調整可能であるとともに、当該選択した送信リソースを前記干渉局へ通知し、前記干渉局から送信リソースが通知されたことに応じて自局の送信リソースの中からいずれかの送信リソースを選択し、当該選択した送信リソースを前記干渉局に通知するとともに、当該選択した送信リソースを調整する、ことを特徴とする無線装置である。

また、本発明の一態様は、信号を送受信するアンテナ部と、前記アンテナ部の送受を切り替える信号切り替え部と、前記アンテナ部で受信された信号を取得する信号取得部と、前記信号取得部の出力信号を解析することで、干渉局を検出し、前記干渉局の干渉状態を推定する干渉局情報推定部と、前記信号取得部の出力信号から、前記検出した干渉局に関する情報を含む干渉局通知信号を検出する干渉局通知検出部と、前記干渉状態と前記干渉局通知信号とから、互いに干渉局となっているか否かを判定する干渉局交渉判定部と、前記干渉局交渉判定部において互いに干渉局となっていると判定された場合に、送信ビームパターンを要素とする第１の送信リソースと、送信電力を要素とする第２の送信リソースと、送信タイミングを要素とする第３の送信リソースと、送信周波数を要素とする第４の送信リソースのうちの自局が有する少なくとも１つの送信リソースを選択し、選択した送信リソースを調整するための交渉条件信号を生成する干渉局情報生成部と、前記交渉条件信号を含む送信信号を、前記アンテナ部を介して送信するとともに、前記選択した送信リソースを調整する送信部と、を備え、前記送信部は、前記干渉局から前記交渉条件信号が通知されたことに応じて自局の送信リソースの中からいずれかの送信リソースを選択し、当該選択した送信リソースを前記干渉局に通知するとともに、当該選択した送信リソースを調整する、ことを特徴とする無線装置である。

また、本発明の一態様は、複数の無線局から構成される無線通信システムで用いられる無線通信方法であって、前記無線局が備える干渉推定手段が、自局に対して干渉局となる無線局の存在を推定する手順を実行し、前記無線局が備える送信手段が、干渉局となる無線局が存在する場合に、送信ビームパターンを要素とする第１の送信リソースと、送信電力を要素とする第２の送信リソースと、送信タイミングを要素とする第３の送信リソースと、送信周波数を要素とする第４の送信リソースのうちの少なくとも１つの送信リソースを選択して調整する手順と、自局が選択した送信リソースを前記干渉局へ通知する手順と、を実行し、前記干渉局が、前記無線局から送信リソースが通知されたことに応じて、自局の送信リソースの中からいずれかの送信リソースを選択し、当該選択した送信リソースを前記無線局に通知するとともに、当該選択した送信リソースを調整する手順を実行する、ことを特徴とする無線通信方法である。

本発明によれば、互いに干渉を生じている無線局は、送信ビームパターンを調整する送信リソースと、送信電力を調整する送信リソースと、非送信時間切り替える送信リソースと、周波数を切り替える送信リソースとのうちから選択された送信リソースを調整することで、干渉を回避している。これにより、スループットを低下させることなく、通信システム全体で干渉を回避させることができるために、同一の周波数チャネルを利用して複数の無線局が通信を行うことができる。

本発明の第１〜第６、及び第９〜第１０の実施形態の無線通信システムの説明図である。本発明が適用された無線通信システムにおける無線装置の一例のブロック図である。本発明が適用された無線通信システムにおける無線装置の他の例のブロック図である。本発明が適用された無線通信システムの動作説明に用いるフローチャートである。本発明の第７の実施形態の無線通信システムの説明図である。本発明の第８の実施形態の無線通信システムの説明図である。本発明の第８の実施形態の無線通信システムの説明に用いるフローチャートである。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。
＜第１の実施形態＞
図１は、本発明の第１の実施形態による無線通信システムの状態を示すものである。図１において、通信セル１は、基地局１１０及び端末局１１１〜１１３からなる。通信セル２は、基地局１２０及び端末局１２１〜１２３からなる。通信セル３は、基地局１３０及び端末局１３１〜１３３からなる。

このような無線通信システムでは、各通信セルに属する基地局と、その通信セルに属する端末局との間でデータ通信を行っている。すなわち、通信セル１に属する基地局１１０は、通信セル１に属する端末局１１１〜１１３とデータ通信を行っている。通信セル２に属する基地局１２０は、通信セル２に属する端末局１２１〜１２３とデータ通信を行っている。通信セル３に属する基地局１３０は、通信セル３に属する端末局１３１〜１３３とデータ通信を行っている。

ここで、任意の通信セルをＫ（Ｋは任意の正の整数）とし、通信セルＫに属する基地局の数をＮ_Ｋとすると、通信セルＫに属する基地局１Ｋ０は、１〜Ｎ_Ｋ番目の端末局１Ｋ１、１Ｋ２、・・・、１ＫＬ、・・・、１ＫＮ_Ｋ（１≦Ｌ≦Ｎ_Ｋ）とデータ通信を行うものとなる。

このように、各通信セルに属する基地局は、その通信セルに属する端末局との間でデータ通信を行っている。ところが、隣接する通信セルの近くにある端末局では、隣接する通信セルの基地局又は端末局に電波が届き、干渉が生じることがある。例えば、端末局１２１は通信セル２に属しており、基地局１２０とデータ通信を行っているが、端末局１２１は、隣接する通信セル１の基地局１１０と近接しているため、基地局１１０と端末局１２１とで干渉が生じる可能性がある。

そこで、本発明の第１の実施形態では、基地局１Ｋ０及び端末局１ＫＬは、干渉局となる基地局１Ｊ０、端末局１ＪＭ（Ｊ≠Ｋ、１≦Ｍ≦Ｎ_Ｊ）に対する干渉情報を推定し、干渉局の存在を検出した場合には、当該無線局又は当該無線局が通信を行う無線局に、自局に対して干渉局であることを通知し、互いに干渉局を含む通信セルは、各端末局又は各基地局において、送信条件の交渉を行い、複数の送信リソースのうちから選択された送信リソースを調整することにより、干渉が生じないようにしている。

なお、一般的な無線通信システムでは、基地局１Ｋ０は、端末局１ＫＬ（１≦Ｌ≦Ｎ_Ｋ）との間の伝搬チャネル情報を推定し、端末局１ＫＬにおいても、データをやりとりする基地局１Ｋ０との間の伝搬チャネル情報のみを推定し、データの復号のために用いる。しかし、データのやり取りを行わないが通信可能エリアに存在する、データ通信としては接続しない、基地局１Ｊ０、端末局１ＪＭ（Ｊ≠Ｋ、１≦Ｍ≦Ｎ_Ｊ）とは通信を行わない（非特許文献１参照）。

ここで、送信リソースとは、たとえば、送信ビームパターン、送信電力、送信タイミング、送信周波数等、送信方法を定める要素である。送信条件とは、上述した送信リソースの組み合わせに基づいて定められ、無線局における送信状態または送信方法を示す。交渉とは、干渉が生じている場合に、干渉が生じている無線局との間で、上述した送信リソースを調整するために信号を送信または受信することである。具体的には、交渉とは、後述する交渉条件信号を無線局に送信することにより行われる。

つまり、図１に示したように、基地局１１０と端末局１２１とが互いに干渉局となる場合、基地局１１０は、まず、受信信号を基に、他の通信セルに属する端末局１２１から送信される信号が干渉信号として受信されていることを検知し、端末局１２１との間の干渉状態を推定する。

ここで、干渉状態は伝搬チャネル情報から推定できる。伝搬チャネル情報とは、端末局１２１から基地局１１０に電波が到来するまでに信号が受ける位相や電力の変化の情報である。この伝搬チャネル情報は、正確に推定される必要はなく、基地局１１０において伝搬チャネル情報を有限個のグループに分離し、端末局１２１との間の伝搬情報がどのグループに所属するか判定した結果でもよい。また、端末局１２１がどのような送信条件で通信を行っているか通知することで、端末局１２１が用いている送信条件や、端末局１２１の送信条件のうち、干渉の高いものに対応するものを推定することもできる。基地局１１０は、端末局１２１に自らの干渉局となっていることを通知する。この際に端末局１２１との干渉情報の少なくとも一部を、端末局１２１に通知することもできる。

また、端末局１２１においても、受信信号から、基地局１１０が干渉局であることを検知し、基地局１１０と同様に伝搬チャネル情報に類する情報を推定し、基地局１１０に干渉局となっていることを通知する。ここで、基地局１１０との干渉情報の少なくとも一部を、端末局１１０に通知することもできる。

上述のように、基地局１１０は、端末局１２１からの干渉局通知信号を受信することで、端末局１２１にとって自局（基地局１１０）が干渉局であることを通知される。また、既に、基地局１１０は端末局１２１が干渉局であることを検出している。これにより、基地局１１０は、端末局１２１が互いに干渉局になっていることを確認する。

基地局１１０は、端末局１２１が互いに干渉局になっていることを確認すると、交渉を行う。そして、複数の送信リソースのうちから送信リソースを選択して、送信リソースを調整することにより、干渉が生じないようにしている。

送信リソースとしては、前述したように、送信ビームパターンを要素とする送信リソース、送信電力を要素とする送信リソース、送信タイミングを要素とする送信リソース、送信周波数を要素とする送信リソースがある。

送信条件は、より具体的には、干渉電力の大きさ、スループットの低下量や低下比、通信しているアプリケーションの種類、端末局の優先順位などである。

交渉の例としては、基地局１１０が送信ビームパターンの送信リソースの制限により端末局１２１の方向に指向性制御を行わない代わりに、端末局１２１では送信周波数の送信リソースの制限により基地局１１０で干渉を生じる特定の周波数帯域を用いずに通信することで、互いに干渉を低減させる。

図２は、上述の端末局１２１を構成する無線装置の一例を示すものであり、図３は、上述の基地局１１０を構成する無線装置の一例を示すものである。まず、端末局１２１を構成する無線装置の例について、図２を用いて説明する。

図２において、端末局１２１を構成する無線装置は、複数（ここではＮａ本）のアンテナ２０１−１〜２０１−Ｎａと、信号切り替え部２０２と、信号取得部２０３と、干渉局情報推定部２０４と、干渉局情報生成部２０５と、送信部２０６とから構成される。

Ｎａ本のアンテナ２０１−１〜２０１−Ｎａは、電波の送受信を行う。信号切り替え部２０２は、送受信の切り替えを行う。受信時に、Ｎａ本のアンテナ２０１−１〜２０１−Ｎａを介された受信信号は、信号切り替え部２０２を介して、信号取得部２０３に送られる。信号取得部２０３は、受信信号をアナログ信号からデジタル信号に変換する。

干渉局情報推定部２０４は、信号取得部２０３から出力されるデジタルの受信信号を解析して、干渉源となっている無線局を推定し、干渉局との間の伝搬チャネル情報若しくは送信条件から、干渉情報を推定する。

干渉局情報生成部２０５は、干渉局、若しくは干渉局に対応する干渉情報のうち少なくとも一部を用いて干渉局通知信号を生成し、送信部２０６に出力する。

送信部２０６は、送信信号を信号切り替え部２０２を介してアンテナ２０１−１〜２０１−Ｎａのうち少なくとも一つから干渉局通知信号を送信する。なお、送信部２０６は、送信ビーム、送信電力、送信タイミング、送信周波数等の複数の送信リソースの中から、少なくとも１つの送信リソースを選択して、調整することができる。

次に、基地局１１０を構成する無線装置の一例について図３を用いて説明する。図３において、基地局１１０を構成する無線装置は、アンテナ３０１−１〜３０１−Ｎａと、信号切り替え部３０２と、信号取得部３０３と、干渉局情報推定部３０４と、干渉局通知検出部３０５と、干渉局交渉判定部３０６と、干渉局情報生成部３０７と、送信部３０８とから構成される。

Ｎａ本のアンテナ３０１−１〜３０１−Ｎａは、電波の送受信を行う。信号切り替え部３０２は、送受信の切り替えを行う。受信時に、Ｎａ本のアンテナ３０１−１〜３０１−Ｎａを介された受信信号は、信号切り替え部３０２を介して、信号取得部３０３に送られる。信号取得部３０３は、受信信号をアナログ信号からデジタル信号に変換する。

干渉局情報推定部３０４は、信号取得部２０３から出力されるデジタルの受信信号を解析して、干渉源となっている無線局を推定し、干渉局との間の伝搬チャネル情報若しくは送信条件から、干渉情報を推定する。

干渉局通知検出部３０５は、信号取得部２０３の出力信号から、受信した干渉局通知信号を検出し、干渉局情報を取得する。

干渉局交渉判定部３０６は、干渉局通知信号を送信した干渉局が、自無線局若しくは自通信セルに属する無線局であれば、干渉局通知信号で指定された干渉局を干渉局グループに分類し、対応する通信セル又は無線局と関連付ける。干渉局が他通信セルに属する無線局であり、かつ干渉局通知信号で指定された干渉局が自無線局、又は自通信セルに属する無線局のものである場合には、被干渉局を被干渉グループに分類し、対応する通信セル又は無線局と関連づける。

干渉局情報生成部３０７は、干渉局情報推定部３０４で推定された干渉局と、受信した干渉局通知信号から得られた干渉局情報とから、互いに干渉局となっているかどうかを判定する。そして、互いに干渉局となっている場合には、交渉可能と判定して、交渉条件信号を生成する。すなわち、同じ通信セル又は無線局に、被干渉グループと干渉グループが両方登録された場合には、交渉可能と判定し、交渉を行う被干渉局、若しくは被干渉局を含む通信セルの無線局に交渉内容を通知するための交渉条件信号を生成する。この交渉条件信号は、複数の送信リソースのうちの少なくとも１つの送信リソースを選択して調整して、干渉を軽減させるためのものである。

送信部３０８は、交渉条件信号を含む信号を送信し、信号切り替え部３０２を介し、アンテナ３０１−１〜３０１−Ｎａの少なくとも一つから送信を行う。なお、送信部３０８は、送信ビーム、送信電力、送信タイミング、送信周波数等の複数の送信リソースの中から少なくとも１つの送信リソースを選択して、調整することができる。

前述したように、本発明の第１の実施形態では、基地局１１０は他通信セルに属する端末局１２１を干渉局として検知し、端末局１２１は基地局１１０が干渉局であることを検知して通知し、そして、基地局１１０は、端末局１２１からの通知（干渉局通知信号）を受信することで互いに干渉局であることを確認すると、交渉を行い（交渉条件信号を送信し）、互いの送信リソースを調整することで、干渉を低減させるようにしている。

このような処理は、端末局１２１として図２に示す無線装置を用い、基地局１１０として図３に示す無線装置を用いると、以下のような動作により実現される。

まず、図３に示す基地局１１０の無線装置の干渉局情報推定部３０４は、受信信号を解析して、端末局１２１からの信号を干渉信号として推定する。

また、図２に示す端末局１２１を実現する無線装置の干渉局情報推定部２０４は、受信信号を解析して、基地局１１０からの信号を干渉信号として推定する。そして、干渉局情報生成部２０５は、基地局１１０が干渉局であることを示す干渉局通知信号を生成し、送信部２０６から出力する。

図３に示す基地局１１０の干渉局通知検出部３０５は、端末局１２１からの干渉局通知信号を受信し、この干渉局通知信号と干渉局情報推定部３０４の検出出力とから、互いに干渉局であることを確認する。そして、干渉局情報生成部３０７は、交渉を行う被干渉局、若しくは被干渉局を含む通信セルの無線局に交渉内容を通知する交渉条件信号を生成し、送信部３０８から送信する。そして、交渉により、複数の送信リソースのうちから送信リソースを選択し、この選択した送信リソースを調整することで、システム全体として干渉を低減させる。

図４は、本発明の第１の実施形態による無線通信システムの動作を説明するためのフローチャートである。図４において、通信を開始すると（ステップＦ０１）、図２及び図３における無線装置の干渉局情報推定部２０４及び３０４は、互いに干渉局になる無線局が存在するかどうかを判定する（ステップＦ０２）。互いに干渉局になる無線局が存在しない場合には、通常の通信を開始する（ステップＦ０８）。互いに干渉局になる無線局が存在する場合には、干渉局情報生成部３０７からの交渉条件信号により交渉を行い、送信部２０６及び３０８により、複数の送信リソースのうちから互いに干渉を回避する送信リソースを選択する（ステップＦ０３）。

送信リソースとして、互いに送信ビームを向けて干渉を回避するようにした場合には（ステップＦ０４）、干渉が生じないように送信ビームを設定して、送信ビーム通信を開始する（ステップＦ０９）。送信リソースとして、互いに送信電力を抑えるようにして干渉を回避するようにした場合には（ステップＦ０５）、送信電力の低減して、通信を開始する（ステップＦ１０）。送信リソースとして、互いに送信タイミングを切り替えて干渉を回避するようにした場合には（ステップＦ０６）、干渉が生じないように時間を切り替えて、通信を開始する（ステップＦ１１）。送信リソースとして、互いに送信周波数を切り替えて干渉を回避するようにした場合には（ステップＦ０７）、干渉が生じないように帯域を切り替えて、通信を開始する（ステップＦ１２）。

上述のように、本発明の第１の実施形態では、交渉を行い、送信ビームの方向を調整する送信リソース、送信電力を調整する送信リソース、非送信時間切り替える送信リソース、又は周波数を切り替える送信リソースのうちから選択された送信リソースを調整して、干渉を回避している。これにより、システム全体で干渉を回避させることができる。また、干渉回避を行いながら通信を行うことにより、同一チャネルを使用しながら通信を行うことができ、周波数の利用効率を上げることができる。

＜第２の実施形態＞
次に、本発明の第２の実施形態に係る干渉を低減させるための送信リソースの選択処理について、図１を用いて説明する。

この例では、基地局１１０と端末局１１１が通信を行い、基地局１２０と端末局１２１が通信を行うことを仮定し、基地局１１０と端末局１２１との間の干渉を認識する例を示す。

まず、基地局１１０が、当該基地局１１０で受信可能な端末局及び基地局からそれぞれパイロット信号を受け取り、それぞれの局の伝搬チャネル情報と無線局を特定（識別）する番号を受け取り、その伝搬チャネル情報から各局から観測される干渉電力を算出し、一定以上の電力であるものに関して、無線局を特定する番号と電力を保存する。次に基地局１１０と異なるタイミングで端末局１２１が、当該基地局１１０と同様の方法を用いて端末局１２１に干渉を与える干渉局の干渉電力と無線局を特定する番号を保存する。この情報を基に、上述の第１の実施形態と同様に、交渉を行い、調整する送信リソースを決定する。

この実施形態では、それぞれ異なるタイミングでパイロット信号を受け取ることにより自局に干渉を与える干渉局情報を得ることができる。

＜第３の実施形態＞
次に、本発明の第３の実施形態に係る干渉を低減させるための送信リソースの選択処理について、図１を用いて説明する。

この例では、基地局１１０と端末局１１１が通信を行い、基地局１２０と端末局１２１が通信を行うことを仮定し、基地局１１０と端末局１２１との間の干渉を回避する際の送信リソースの選択方法を示す。

基地局１１０又は端末局１２１が複数の送信リソースを有していた場合で、無線局によっては、選択できない送信リソースが存在する場合がある。たとえば、基地局１１０が複数のアンテナを有しているが、端末局１２１が単一のアンテナのみを有している場合、端末局１２１のアンテナ自由度が少ないために送信ビーム通信を行うことができない。また、空いている周波数が存在しなかったり、キャリアセンスにより送信時間を調整できなかったり、送信電力を抑えすぎて本来通信したい端末と通信をすることができない場合などが存在する。

そこで、この実施形態では、さまざまな送信リソースを持ち合わせ、無線局で設定できる各送信リソースから最適な送信リソースを決定する。この実施形態では、送信リソースを選ぶ際に、さまざまな送信リソースを持ち合わせることで無線局の性能や環境の問題によらず、干渉を回避し、通信を行うことができる。

＜第４の実施形態＞
次に、本発明の第４の実施形態に係る干渉を低減させるための送信リソースの選択処理について、図１を用いて説明する。

この例では、基地局１１０と端末局１１１が通信を行い、基地局１２０と端末局１２１が通信を行うことを仮定し、基地局１１０と端末局１２１との間の干渉を回避するための送信リソースを通知する例を示す。

上述の第２の実施形態で示したパイロット信号を用いる方法等により、基地局１１０と端末局１２１は互いに干渉局であるという情報を得た後、基地局１１０から端末局１２１に対して、選択された送信リソースを通知する。端末局１２１は通知された送信リソースと同一の送信リソースで通信できれば、通知された送信リソースで通信を行う。通知された送信リソースで送信できない場合、端末局１２１は基地局１１０に他の送信リソースの通知を行う。基地局１１０が端末局１２１から通知された送信リソースで送信できる場合は、通知された送信リソースで通信を行う。基地局１１０が端末局１２１から通知された送信リソースでも送信できない場合は、他の送信リソースを通知し、上述の処理を繰り返す。

また、あらかじめ基地局１１０から端末局１２１に対して、使用可能な送信リソースをすべて通知し、端末局１２１は使用できる送信リソースを基地局１１０に通知し通信を行う。

この実施形態では、互いに干渉局である無線局に直接的に送信リソースを通知することより互いに送信リソースを認識することができる。

＜第５の実施形態＞
次に、本発明の第５の実施形態に係る干渉を低減させるための送信リソースの選択処理について、図１を用いて説明する。

この例では、基地局１１０と端末局１１１が通信を行い、基地局１２０と端末局１２１が通信を行うことを仮定し、基地局１１０と端末局１２１との間の干渉を回避するための送信リソースを端末局１１３を介して通知する例を示す。

基地局１１０で選択された送信リソースを端末局１１３に通知を行い、端末局１１３が端末局１２１に通知する。また、端末局１２１で選択された送信リソースを端末局１１３に通知を行い、端末局１１３が基地局１１０に通知を行う。通知された送信リソースを用いて基地局１１０と端末局１２１は通信を行う。また、基地局１１０と端末局１２１は端末局１１３に対し、選択可能な送信リソースを通知し、端末局１１３はそれぞれから通知された送信リソースから両局が選択可能な送信リソースを端末局１２１と基地局１１０に通知を行い、通信を行う。

この実施形態では、互いに干渉局である無線局に間接的に送信リソースを通知することより互いに送信リソースを認識することができる。

＜第６の実施形態＞
次に、本発明の第６の実施形態に係る干渉を低減させるための送信リソースの選択処理について、図１を用いて説明する。

この例では、基地局１１０と端末局１１３が通信を行い、基地局１２０と端末局１２１が通信を行うことを仮定し、端末局１１３と端末局１２１との間の干渉を回避するための送信リソースを、基地局１１０と基地局１２０が受け取り、交渉を行ったうえで、端末局１１３と端末局１２１に通知する例を示す。

この場合、基地局１１０は、上述したように複数の送信リソースの中から干渉回避のために選択された送信リソースを通知する局、すなわち、干渉回避送信リソース通知局となり、端末局１１Ｋからそれぞれの干渉局の情報を受け取り保存しておく。また、基地局１２０が干渉回避送信リソース通知局となり、基地局１２０は端末局１２Ｋからそれぞれ干渉局の情報を受け取り保存しておく。基地局１１０は自セル内に所属する無線局から得られた情報を基に、基地局１２０若しくは基地局１２０のセルの無線局から干渉があるか確認を行う。存在する場合、基地局１２０に干渉を受けている端末局とそれぞれの選択可能な送信リソースを通知する。

同様に基地局１２０は、自セル内に所属する無線局から得られた情報を基に、基地局１１０若しくは基地局１１０の無線局から干渉があるか確認を行い、存在する場合、基地局１１０に通知を行う。基地局１１０と基地局１２０はそれぞれの情報を基に、たとえば、第３の実施形態と同様に、若しくは、干渉電力の大きさ、スループットの低下量や低下比、通信しているアプリケーションの種類、端末局の優先順位などの交渉を行い、送信リソースを選択して決定する。決定された送信リソースを基地局１１０から端末局１１３に、基地局１２０から端末局１２１に通知を行い、端末局１１３と端末局１２１は通知された送信リソースを元に通信を行う。

この実施形態では、干渉回避送信リソース通知局が代理で交渉を行い、各無線局の送信リソースの選択を行うことにより、システムの全体の通信量を増加させることができる。

＜第７の実施形態＞
次に、本発明の第７の実施形態に係る干渉を低減させるための送信リソースの選択処理について、図５を用いて説明する。

この例では、基地局１１０と端末局１１３が通信を行い、基地局１２０と端末局１２１が通信を行うことを仮定し、端末局１１３と端末局１２１との間の干渉を回避するための送信リソースを決定するために干渉回避送信リソース通知局の基地局１１０が受け取った送信リソースと無線局を、基地局１２０に通知する。基地局１２０は自らのセルに所属する送信リソースのデータと基地局１１０から受け取ったデータから、第３の実施形態と同様に、若しくは、干渉電力の大きさ、スループットの低下量や低下比、通信しているアプリケーションの種類、端末局の優先順位などの交渉を行い、送信リソースを決定する。決定した送信リソースを基地局１１０に通知し、基地局１１０は端末局１１３に基地局１２０は端末局１２１に通知を行い、通信を行う。

この実施形態では、干渉が生じている２つの端末局をそれぞれ収容している２つの基地局のうちいずれかの基地局が、干渉回避送信リソース通知局として、送信リソースを選択することにより、干渉を回避する送信リソースが選択される。互いに干渉局にある無線局は、選択された送信リソースを使用することによって、通信量を増加することができる。

＜第８の実施形態＞
次に、本発明の第８の実施形態に係る干渉を低減させるための送信リソースの選択処理について、図６及び図７を用いて説明する。この実施形態は、図６に示したようなコードブックを用いた例である。

コードブックとは、あらかじめ基地局と端末局の間で約束ごととして、ある形状の指向性や周波数や送信電力レベルや非送信時間などのルールを番号で管理するものである。たとえば、複数の指向性をある基地局と端末局でやりとりをする場合であって、Ｌ個の異なるコードブックが存在する場合、Ｌ個の異なる指向性を変化させることができる。図６では、４方向の指向性をコードブックＢ１〜Ｂ４として扱うものとする。なお、基地局および端末局は、たとえば、これらのコードブックＢ１〜Ｂ４を、それぞれが内部に有する記憶部に記憶している。

この例では、基地局１１０と端末局１１１が通信を行い、基地局１２０と端末局１２１が通信を行うことを仮定し、基地局１１０と端末局１２１との間の干渉を回避するための送信リソースをコードブックとして通知する例を示す。当該無線局は、複数の送信ビームパターンを記したコードブックを具備している。基地局１１０は、自局が取得した干渉を与えている端末局１２１と基地局１１０と端末局１２１の間の伝搬チャネル情報からコードブックの中から自局に相応しくないコードブックを決定する。この場合、コードブックＢ３とＢ４が端末局１２１に干渉を与える可能性があると判断される。基地局１１０は、決定されたコードブックを端末局１２１に通知する。

端末局１２１も、基地局１１０と同様に基地局１１０に、自局に相応しくないコードブックを基地局１１０に通知する。端末局１２１はコードブックＢ１とＢ４で受信することが可能であるが、コードブックＢ４は干渉と判断されるため、端末局１２１はコードブックＢ１を用いて基地局１１０と通信を行うようにリクエストを送る。両局は受け取ったコードブック以外に対応する送信リソースを用いて通信を行う。

図７にこの例を実現するためのフローチャートを示す。まず、コードブックをＬ個と仮定すると、異なるコードブックごとに受信電力と干渉電力を測定する。

まず、コードブック番号をＮ＝１とし（ステップＳ１０１）、Ｎをインクリメントしながら（ステップＳ１０２）、Ｎ＝１〜Ｌまでのコードブックに対して以下の動作を行う。ステップＳ１０３として、基地局が自分のセル配下の端末局に対し、コードブックN番目の指向性でパイロット信号を送信する。パイロット信号とは、基地局と端末局がお互いに既知の信号となる信号系列であり、通常の無線通信システムでは基地局と端末局のやりとりとして一般に使用される。この際、基地局は他基地局と事前に連携するなどして、他セルの通信を停止させる。

ステップＳ１０４として、端末局ごとに受信電力がしきい値であれば、Ｎ番目のコードブックが使用可能と判断しその情報を基地局に返信する。Ｎ＝Ｌになったかどうかを判定し（ステップＳ１０５）、Ｎ＝１〜Ｌまでのコードブックに対してステップＳ１０３〜Ｓ１０５を繰り返す。図４の例では、端末局１１１はコードブックＢ１、Ｂ４の指向性であれば通信が可能であると基地局１１０に送ることに相当する。

次に、Ｍ＝１とし（ステップＳ１０６）、Ｍをインクリメントしながら（ステップＳ１０７）、Ｍ＝１〜Ｌまで以下の動作を行う。ステップＳ１０８として、基地局が他セル配下の端末局に対し、コードブックＢＭ（１〜Ｌ）番目の指向性でパイロット信号を送信する。この際、自セル端末局は通信を停止させる。ステップＳ１０９として、他セルの干渉電力がしきい値であれば、コードブックが使用不可と判断しその情報を基地局に返信する。図４の例では、端末局１２１はコードブックＢ３、Ｂ４の指向性であれば干渉が問題あると基地局１１０に送ることに相当する。Ｍ＝Ｌとなるまで（ステップＳ１１０）、ステップＳ１０８〜Ｓ１０９の処理を繰り返す。

最後にステップＳ１１１として、基地局はステップＳ１０４とＳ１０９の情報から、ステップＳ１０４とステップＳ１０９の条件を満たすように自セルの端末局に用いるコードブックを決定する。たとえば、図４の例でみると、端末局１１１からはコードブックＢ１、Ｂ４が可能、端末局１２１からはコードブックＢ３、Ｂ４が負荷であるので、この両方の条件を見たすように、端末局１１１にはコードブックＢ１を用いて送信するように決定される。

この実施形態では、送信リソースを通知するには、多くの情報を通知する必要がある。コードブックにより通知するデータを削減することにより、通知する際に発生するオーバーヘッドを削減することができ、通信量を増加させることができる。

＜第９の実施形態＞
次に、本発明の第９の実施形態に係る干渉を低減させるための送信リソースの選択処理について、図１を用いて説明する。この実施形態は、第８の実施形態における送信ビームパターンのコードブックの代わりに、送信電力レベルのコードブック若しくは、非送信時間のコードブック、周波数のコードブックを通知するものである。

この例では、基地局１１０と端末局１１１が通信を行い、基地局１２０と端末局１２１が通信を行うことを仮定し、基地局１１０と端末局１２１との間の干渉を回避するためにコードブックを用いて通知する例を示す。送信ビームパターンを示すコードブックの代わりに干渉になる送信電力を記したコードブック若しくは基地局１１０が受信する時間を記したコードブック若しくは使用する周波数を記したコードブックを通知することにより、通知量を削減することができる。

＜第１０の実施形態＞
次に、本発明の第１０の実施形態に係る干渉を低減させるための送信リソースの選択処理について、図１０を用いて説明する。この例は、第６の実施形態の送信リソースの代わりにコードブックを通知するものである。

この例では、基地局１１０と端末局１１３が通信を行い、基地局１２０と端末局１２１が通信を行うことを仮定し、端末局１１３と端末局１２１との間の干渉を回避するための送信リソースをコードブックとして干渉回避通知局を介して通知する例を示す。

本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で様々な変形や応用が可能である。

１、２、３通信セル
１１０、１２０、１３０基地局
１１０当該基地局
１１１〜１１３、１２１〜１２３、１３１〜１３３端末局
２０１−１〜２０１−Ｎａアンテナ
２０２信号切り替え部
２０３信号取得部
２０４干渉局情報推定部
２０５干渉局情報生成部
２０６送信部
３０１−１〜３０１Ｎａアンテナ
３０２信号切り替え部
３０３信号取得部
３０４干渉局情報推定部
３０５干渉局通知検出部
３０６干渉局交渉判定部
３０７干渉局情報生成部
３０８送信部

Claims

複数の無線局から構成される無線通信システムであって、
前記無線局は、
自局に対して干渉局となる無線局の存在を推定する干渉推定手段と、
干渉局となる無線局が存在する場合に、送信ビームパターンを要素とする第１の送信リソースと、送信電力を要素とする第２の送信リソースと、送信タイミングを要素とする第３の送信リソースと、送信周波数を要素とする第４の送信リソースのうちの少なくとも１つの送信リソースを選択して調整する送信手段と、
を備え、
前記無線局の送信手段は、
自局が選択した送信リソースを前記干渉局へ通知し、
前記干渉局は、
前記無線局から送信リソースが通知されたことに応じて、自局の送信リソースの中からいずれかの送信リソースを選択し、当該選択した送信リソースを前記無線局に通知するとともに、当該選択した送信リソースを調整する、
ことを特徴とする無線通信システム。
干渉が生じている無線局に干渉を回避する送信リソースを通知する通知部、
を備える基地局を備え、
前記無線局は、
前記基地局から通知された送信リソースを調整する、
ことを特徴とする請求項１に記載の無線通信システム。
複数の基地局と複数の端末局とを含む複数の無線局から構成される無線通信システムであって、
前記無線局は、
自局に対して干渉局となる無線局の存在を推定する干渉推定手段を備え、
前記基地局は、
自局の通信セルに属する端末局に対して干渉局となる端末局が他局の通信セル内に存在する場合に、送信ビームパターンを要素とする第１の送信リソースと、送信電力を要素とする第２の送信リソースと、送信タイミングを要素とする第３の送信リソースと、送信周波数を要素とする第４の送信リソースのうちの少なくとも１つの送信リソースを、自局の選択可能な送信リソースとして前記他局に通知する通知部を備え、
前記基地局のうちの第１基地局と第２基地局とのそれぞれの前記通知部は、前記第１基地局の通信セルに属する第１端末局と前記第２基地局の通信セルに属する第２端末局とが互いに干渉局となる場合、自局の選択可能な送信リソースを互いに通知し、
前記第１基地局及び前記第２基地局のうちの少なくとも一方の基地局は、自局の選択可能な送信リソースと他方の基地局から通知された選択可能な送信リソースとに基づいて、干渉が生じている前記干渉局の干渉を回避する送信リソースを選択し、
前記第１基地局の前記通知部は、前記選択された送信リソースを前記第１端末局に通知し、
前記第２基地局の前記通知部は、前記選択された送信リソースを前記第２端末局に通知し、
前記第１端末局は、前記第１基地局から通知された送信リソースを調整し、
前記第２端末局は、前記第２基地局から通知された送信リソースを調整する
ことを特徴とする無線通信システム。
前記無線局は、
前記第１のリソースを記した第１のコードブックと、前記第２のリソースを記した第２のコードブックと、前記第３のリソースを記した第３のコードブックと、前記第４のリソースを記した第４のコードブックのうち少なくとも１つのコードブックが記憶されている記憶部、
を備え、
前記自局に対して干渉局となる無線局が存在する場合に、前記第１から第４のコードブックの中からいずれかのコードブックを選択し、当該選択したコードブックを前記干渉局に通知するとともに、当該選択したコードブックに記されているリソースを調整する
ことを特徴とする請求項１から請求項３の何れか一項に記載の無線通信システム。
信号を送受信するアンテナ部と、
前記アンテナ部の送受を切り替える信号切り替え部と、
前記アンテナ部で受信された信号を取得する信号取得部と、
前記信号取得部の出力信号を解析することで、干渉局を検出し、前記干渉局の干渉状態を推定する干渉局情報推定部と、
前記干渉局情報推定部により推定された前記干渉局の干渉状態を示す情報を含む干渉局通知信号を生成する干渉局情報生成部と、
前記干渉局通知信号を含む送信信号を、前記アンテナ部を介して送信する送信部と、
を具備し、
前記送信部は、送信ビームパターンを要素とする第１の送信リソースと、送信電力を要素とする第２の送信リソースと、送信タイミングを要素とする第３の送信リソースと、送信周波数を要素とする第４の送信リソースのうちの少なくとも１つの送信リソースを選択して調整可能であるとともに、当該選択した送信リソースを前記干渉局へ通知し、
前記干渉局から送信リソースが通知されたことに応じて自局の送信リソースの中からいずれかの送信リソースを選択し、当該選択した送信リソースを前記干渉局に通知するとともに、当該選択した送信リソースを調整する、
ことを特徴とする無線装置。
信号を送受信するアンテナ部と、
前記アンテナ部の送受を切り替える信号切り替え部と、
前記アンテナ部で受信された信号を取得する信号取得部と、
前記信号取得部の出力信号を解析することで、干渉局を検出し、前記干渉局の干渉状態を推定する干渉局情報推定部と、
前記信号取得部の出力信号から、前記検出した干渉局に関する情報を含む干渉局通知信号を検出する干渉局通知検出部と、
前記干渉状態と前記干渉局通知信号とから、互いに干渉局となっているか否かを判定する干渉局交渉判定部と、
前記干渉局交渉判定部において互いに干渉局となっていると判定された場合に、送信ビームパターンを要素とする第１の送信リソースと、送信電力を要素とする第２の送信リソースと、送信タイミングを要素とする第３の送信リソースと、送信周波数を要素とする第４の送信リソースのうちの自局が有する少なくとも１つの送信リソースを選択し、選択した送信リソースを調整するための交渉条件信号を生成する干渉局情報生成部と、
前記交渉条件信号を含む送信信号を、前記アンテナ部を介して送信するとともに、前記選択した送信リソースを調整する送信部と、
を備え、
前記送信部は、
前記干渉局から前記交渉条件信号が通知されたことに応じて自局の送信リソースの中からいずれかの送信リソースを選択し、当該選択した送信リソースを前記干渉局に通知するとともに、当該選択した送信リソースを調整する、
ことを特徴とする無線装置。
複数の無線局から構成される無線通信システムで用いられる無線通信方法であって、
前記無線局が備える干渉推定手段が、自局に対して干渉局となる無線局の存在を推定する手順を実行し、
前記無線局が備える送信手段が、干渉局となる無線局が存在する場合に、送信ビームパターンを要素とする第１の送信リソースと、送信電力を要素とする第２の送信リソースと、送信タイミングを要素とする第３の送信リソースと、送信周波数を要素とする第４の送信リソースのうちの少なくとも１つの送信リソースを選択して調整する手順と、自局が選択した送信リソースを前記干渉局へ通知する手順と、を実行し、
前記干渉局が、前記無線局から送信リソースが通知されたことに応じて、自局の送信リソースの中からいずれかの送信リソースを選択し、当該選択した送信リソースを前記無線局に通知するとともに、当該選択した送信リソースを調整する手順を実行する、
ことを特徴とする無線通信方法。