JP5295866B2 - 基地局装置およびチャネル割当方法 - Google Patents

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Description

本発明は、基地局装置およびチャネル割当方法に関する。
OFDMA(Orthogonal Frequency Division Multiple Access:直交周波数分割多元接続)方式に代表されるマルチキャリア伝送方式は、送信データ(1チャネル分のデータ)を周波数の異なる複数のキャリアに分配して伝送する通信方式である。この伝送方式では、各キャリアの帯域が狭帯域となるため、マルチパスなどによる周波数選択性フェージングの影響を受けにくい。
このようなマルチキャリア伝送方式により複数の移動局と多元接続を行う基地局は、周波数の異なる複数のキャリアを用いて各移動局と通信を行うため、チャネルごとに自動利得制御(Automatic Gain Control:AGC)を行うことができず、受信帯域内に規定されたキャリアすべてに対して一括で自動利得制御を行う。
しかし、このような基地局では、その受信ダイナミックレンジがA/Dコンバータの受信ダイナミックレンジに依存するため、複数の移動局から受信された信号の受信レベルに大きな差があると、受信レベルの低い信号が検出されないことがあるという問題があった。
たとえば、図5に示すように、基地局から遠く離れた(弱電界エリアに位置する)移動局14−1から受信される信号の受信レベルと、基地局に比較的近い(強電界エリアに位置する)移動局から受信される移動局14−2の受信レベルと、の差がA/Dコンバータのダイナミックレンジより大きい場合に上記問題が生じる。この場合、移動局14−2から受信される信号の調整後の受信レベル(A/Dコンバータへの入力レベル)がA/Dコンバータのダイナミックレンジ内に入るよう(ダイナミックレンジの上限値以下となるよう)全キャリアに対して一括で受信レベルの調整が行われるため、移動局14−1から受信される信号の調整後の受信レベルがA/Dコンバータのダイナミックレンジの下限値未満となり、移動局14−1だけが基地局と通信を行うことができなくなってしまう。
この点、特許文献1には、複数の通信相手装置から受信した信号の受信強度に基づいて受信帯域の周波数特性に傾きを生じさせ、その周波数特性の傾きと複数の通信相手装置から受信した信号の受信強度とに基づいて通信チャネルの再割当てを行うことで、上記問題に対応する無線通信装置が開示されている。
特開2008−245232号公報
しかしながら、特許文献1に開示された技術では、移動局が基地局に接続した後に生じる上記問題には対応可能であるが、移動局が基地局に接続する際に起こる上記問題までは考慮されていない。
このため、弱電界エリアに位置する移動局が基地局に接続要求(制御チャネルで送信される制御信号の1つ)を送信したタイミングと同じタイミングで、強電界エリアに位置する他の移動局がその基地局に対して通信信号を送信すると、他の移動局から受信された通信信号の受信レベルに基づいてAGCが行われるため、接続要求の受信レベルがA/Dコンバータのダイナミックレンジから外れ、基地局が移動局からの接続要求を検出することができない場合がある。
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、マルチキャリア伝送方式を採用しつつ、移動局装置の接続成功率を向上させることができる基地局装置およびチャネル割当方法を提供することを目的とする。
上記課題を解決するために、本発明に係る基地局装置は、マルチキャリア伝送方式を採用し、所定の帯域内に規定された複数のチャネルのいずれかを介して移動局装置と通信する基地局装置であって、複数の移動局装置から受信される信号の受信レベルの最大値が当該基地局装置の受信ダイナミックレンジ内に入るよう、前記帯域で受信される信号の受信レベルを一括調整する受信レベル調整手段と、前記帯域内に規定された制御チャネルで受信される制御信号の前記受信レベル調整手段により調整される前の受信レベルを検出する制御信号レベル検出手段と、前記制御信号レベル検出手段により検出される前記制御信号の受信レベルに基づいて、当該基地局装置に対する接続要求を検出する接続要求検出手段と、前記接続要求検出手段により接続要求が検出された場合に、該接続要求を送信した移動局装置に前記複数のチャネルのいずれかを割り当てるチャネル割当手段と、を含むことを特徴とする。
本発明によれば、マルチキャリア伝送方式を採用する基地局装置は、移動局装置から送信される制御信号の調整後の受信レベルが当該基地局装置の受信ダイナミックレンジから外れるような場合であっても、その移動局装置からの接続要求を検出することができる。このため、マルチキャリア伝送方式を採用する基地局装置への移動局装置の接続成功率を向上させることができる。なお、基地局装置の受信ダイナミックレンジは、基地局装置の受信系を構成する回路要素によって決定されるものであり、たとえばA/Dコンバータのダイナミックレンジに依存する。
また、本発明の一態様では、前記接続要求検出手段は、前記制御信号レベル検出手段により検出される前記制御信号の受信レベルが所定値以上である場合に、該制御信号を当該基地局装置に対する接続要求として検出する。
この態様によれば、移動局装置から送信される制御信号の調整後の受信レベルが基地局装置の受信ダイナミックレンジから外れるような場合であっても、調整前の受信レベルが所定値以上であれば、基地局装置はその移動局装置からの接続要求を検出することができる。
また、本発明の一態様では、前記基地局装置は、時分割多元接続方式を採用し、タイムスロットごとに、前記帯域で受信される信号の前記受信レベル調整手段により調整された後の受信レベルの最大値を検出する最大受信レベル検出手段をさらに含み、前記チャネル割当手段は、前記最大受信レベル検出手段により検出される受信レベルの最大値と、前記制御信号レベル検出手段により検出される前記制御信号の受信レベルと、の差が前記受信ダイナミックレンジ以下であるタイムスロットに属するチャネルのいずれかを前記接続要求を送信した移動局装置に割り当てる。
この態様によれば、接続確立後に、同一タイムスロット内における受信レベル差の拡大によって移動局装置の通信が不能となる確率を低減することができる。
また、本発明の一態様では、前記基地局装置の受信ダイナミックレンジは、前記基地局装置が備えるA/Dコンバータのダイナミックレンジである。
この態様によれば、移動局装置から送信される制御信号の調整後の受信レベルが基地局装置が備えるA/Dコンバータのダイナミックレンジから外れるような場合であっても、基地局装置はその移動局装置からの接続要求を検出することができる。
また、本発明の一態様では、前記マルチキャリア伝送方式は、直交周波数分割多元接続方式である。
この態様によれば、直交周波数分割多元接続方式を採用する基地局装置への移動局装置の接続成功率を向上させることができる。
また、本発明に係るチャネル割当方法は、マルチキャリア伝送方式を採用し、所定の帯域内に規定された複数のチャネルのいずれかを介して移動局装置と通信する基地局装置のチャネル割当方法であって、複数の移動局装置から受信される信号の受信レベルの最大値が当該基地局装置の受信ダイナミックレンジ内に入るよう、前記帯域で受信される信号の受信レベルを一括調整するステップと、前記帯域内に規定された制御チャネルで受信される制御信号の調整前の受信レベルを検出するステップと、前記制御信号の調整前の受信レベルに基づいて、前記基地局装置に対する接続要求を検出するステップと、接続要求が検出された場合に、該接続要求を送信した移動局装置に前記複数のチャネルのいずれかを割り当てるステップと、を含むことを特徴とする。
本発明の実施形態に係る移動通信システムの構成を示す図である。 本実施形態に係る移動通信システムにおけるチャネル構成を示す図である。 本実施形態に係る基地局の機能ブロック図である。 本実施形態に係る基地局で実行されるチャネル割当処理の一例を示すフロー図である。 移動局から受信される信号の受信レベルとADCのダイナミックレンジとの関係の一例を示す図である。
以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図1は、本発明の実施形態に係る移動通信システム10の構成を示す図である。図1に示すように、移動通信システム10は、基地局12と、複数の移動局14(ここでは移動局14−1,14−2のみを示す)とを含んで構成される。基地局12は、OFDMA方式およびTDMA/TDD(Time Division Multiple Access/Time Division Duplex:時分割多元接続/時分割複信)方式を採用しており、自局のセル16内に位置する複数の移動局14と多元接続を行うことができる。
図2は、移動通信システム10におけるチャネル構成を示す図である。図2に示すように、移動通信システム10では、TDMAフレーム(5ms)が上りサブフレーム(2.5ms)と下りサブフレーム(2.5ms)とに区分され、さらに各サブフレームがそれぞれ4つのタイムスロット(スロット1〜スロット4)に均等に区分されている。また、所定の無線周波数帯域(ここでは帯域幅を8.1MHzとする)に複数(ここでは9つとする)のOFDMAサブチャネルが規定されている。なお、基地局12と移動局14との通信に割り当てられるチャネルの最小単位(帯域幅900kHz、時間幅625μs)はPRU(Physical Resource Unit)と呼ばれ、8つのタイムスロットのいずれかと複数のサブチャネルのいずれかとに属する。
また、移動通信システム10では、ある特定のサブチャネル(ここではサブチャネル1)が制御チャネル(Control Channel:CCH)用として規定され、その他のサブチャネル(ここではサブチャネル2〜9)が通信チャネル(Traffic Channel:TCH)用として規定されている。
本実施形態では、基地局12が、受信帯域内の全サブチャネルに対して一括で自動利得制御を行う受信部とは別に、自動利得制御を行わない制御チャネル(CCH)専用の受信レベル検出部を備えている。これにより、制御チャネルを介して移動局14から送信される制御信号の自動利得制御による調整後の受信レベルが基地局12の受信ダイナミックレンジから外れるほど低い場合であっても、基地局12は、この制御チャネル専用の受信レベル検出部によって移動局14からの接続要求を検出できるようになっている。なお、受信レベルとしては、たとえばRSSI(Received Signal Strength Indication:受信信号強度)が用いられる。
ここで、上記処理を実現するために基地局12が備える受信系の構成を具体的に説明する。図3は、基地局12の機能ブロック図である。図3に示すように、基地局12は、アンテナ20、受信部30、CCH用受信レベル検出部40、信号処理部50、および制御部60を含んで構成される。なお、送信系の構成については説明を省略する。
アンテナ20は、無線信号を受信し、受信された無線信号を受信部30に出力する。
受信部30は、帯域通過フィルタ31、低雑音アンプ32、ミキサ33、帯域通過フィルタ34、IFアンプ35、ミキサ36、可変利得アンプ37、ADC(A/Dコンバータ)38、および受信利得制御部39を含んで構成される。
帯域通過フィルタ31は、アンテナ20から入力される無線信号の受信帯域外の周波数成分を減衰させ、受信帯域内の周波数成分だけを通過させる通過帯域幅8.1MHzのフィルタである。低雑音アンプ32は、帯域通過フィルタ31を通過する無線信号を増幅し、ミキサ33に出力する。ミキサ33は、低雑音アンプ32から入力される無線信号を中間周波数信号にダウンコンバートし、その中間周波数信号を帯域通過フィルタ34およびCCH用受信レベル検出部40の帯域通過フィルタ41に出力する。
帯域通過フィルタ34は、ミキサ33から入力される中間周波数信号の不要な周波数成分(スプリアス)を減衰させ、所望の周波数成分だけを通過させる通過帯域幅8.1MHzのフィルタである。IFアンプ35は、帯域通過フィルタ34を通過する中間周波数信号を増幅し、ミキサ36に出力する。ミキサ36は、低雑音アンプ32から入力される中間周波数信号をベースバンド信号にダウンコンバートし、そのベースバンド信号を可変利得アンプ37に出力する。
可変利得アンプ37は、受信利得制御部39から入力される利得制御信号に応じて利得が変化するアンプであり、ミキサ36から入力されるベースバンド信号を増幅してADC38に出力する。すなわち、移動局14から受信される信号の受信レベルは、ADC38に入力される前に可変利得アンプ37により帯域全体(帯域幅8.1MHz)で一括調整される。
ADC38は、可変利得アンプ37から入力されるアナログのベースバンド信号をデジタル信号に変換し、そのデジタル信号を信号処理部50に出力する。
受信利得制御部39は、後述する信号処理部50で検出される受信レベル(各サブチャネルで受信される信号の受信レベル)に基づいて、可変利得アンプ37の利得を制御する、つまり自動利得制御を行う。具体的には、受信利得制御部39は、移動局14から受信される信号の受信レベルの最大値がADC38のダイナミックレンジ内に入るよう(ADC38のダイナミックレンジの上限値以下となるよう)可変利得アンプ37の利得を決定し、可変利得アンプ37の利得をここで決定された利得に設定するための利得制御信号を可変利得アンプ37に出力する。
CCH用受信レベル検出部40は、帯域全体(帯域幅8.1MHz)をカバーする受信部30とは別に設けられた、制御チャネル(CCH)だけをカバーする受信レベル検出回路であり、帯域通過フィルタ41、IFアンプ42、および検波器43を含んで構成される。
帯域通過フィルタ41は、ミキサ33から入力される中間周波数信号の不要な周波数成分(スプリアス)を減衰させ、制御チャネル用のサブチャネル1に対応する周波数成分(制御チャネルで受信される制御信号)だけを通過させる通過帯域幅900kHzのフィルタである(図2参照)。IFアンプ42は、帯域通過フィルタ41を通過する中間周波数信号を増幅し、検波器43に出力する。
検波器43は、IFアンプ42から入力される中間周波数信号(制御信号)の受信レベルを検出し、検出された受信レベルを制御部60に出力する。なお、検波器43で検出される受信レベルは、受信部30の可変利得アンプ37で調整される前の制御信号の受信レベルに相当する。
信号処理部50は、たとえばDSP(Digital Signal Processor)で構成され、受信部30のADC38から入力されるデジタル信号に対して、ガードインターバルの除去、1次復調(FFT:Fast Fourier Transform)、通信チャネルの割当状況に基づく複素シンボル列の結合、2次復調(デジタル復調)、誤り訂正などを行い、各移動局14からの受信データを取得する。そして、信号処理部50は、取得された受信データを制御部60や図示しない上位層に出力する。
また、信号処理部50は、上記1次復調(FFT)により得られる複素シンボル列の各サブキャリア成分をサブチャネルごとに連結し、各サブチャネルで受信される信号の受信レベルを検出する。そして、信号処理部50は、検出された受信レベルを受信利得制御部39および制御部60に順次出力する。なお、信号処理部50で検出される受信レベルは、受信部30の可変利得アンプ37で調整された後の受信レベルである。
制御部60は、たとえばCPU(Central Processing Unit)およびCPUの動作を制御するプログラムで構成され、基地局12の各部を制御する。また、制御部60は、接続要求検出部61、最大受信レベル検出部62、およびチャネル割当部63を含み、移動局14に対する通信チャネルの割当てを制御する。
接続要求検出部61は、制御信号の受信タイミング(たとえば20フレームに1回の周期で到来するタイミング)に、CCH用受信レベル検出部40の検波器43で検出される制御信号の受信レベル(受信部30の可変利得アンプ37で調整される前の制御信号の受信レベル)に基づいて、基地局12に対する接続要求を検出する。たとえば、接続要求検出部61は、検波器43により検出される制御信号の受信レベルが所定値(ADC38のダイナミックレンジの下限値より小さい固定値)以上である場合に、その制御信号を基地局12に対する接続要求として検出してもよい。これにより、移動局14から送信される制御信号の可変利得アンプ37で調整された後の受信レベルがADC38のダイナミックレンジの下限値未満となるような場合であっても、接続要求検出部61は、移動局14からの接続要求を検出することができる(図1および図5参照)。
最大受信レベル検出部62は、信号処理部50から順次入力される受信レベル(各サブチャネルで受信される信号の受信レベル)に基づいて、タイムスロットごとに、受信帯域(帯域幅8.1MHz)で受信される信号の可変利得アンプ37で調整された後の受信レベルの最大値を検出する。
チャネル割当部63は、基地局12に接続を要求する移動局14に対して通信チャネルを割り当てるとともに、基地局12と通信中の移動局14に対して通信チャネルの再割当てを行う。
たとえば、チャネル割当部63は、基地局12と通信中の移動局14に対して、たとえば干渉波が少なくかつ他の移動局14との受信レベル差が極力小さいPRU(制御チャネル用のサブチャネル1に属するPRUは除く)を通信チャネルとして割り当てる。なお、チャネル割当部63は、通信中の移動局14に対する通信チャネルの割当てを1フレームごとに変更してもよい。
一方、接続要求検出部61が接続要求を検出した場合には、チャネル割当部63は、その接続要求を送信した移動局14に対し、サブチャネル2〜9に属するPRUのいずれかを通信チャネルとして割り当てる。このとき、チャネル割当部63は、最大受信レベル検出部62により検出される受信レベルの最大値と、検波器43で検出される制御信号の受信レベルと、の差を算出し、その差がADC38のダイナミックレンジ以下であるタイムスロットに属するPRUのいずれかをその接続要求を送信した移動局14に割り当ててもよい。こうすれば、移動局14が基地局12との接続を確立した後(基地局12から通信チャネルの割当てを受けた後)に、同一タイムスロット内における受信レベル差の拡大によって移動局14の通信が不能となる確率を低減することができる。
次に、基地局12の動作を説明する。図4は、制御信号の受信タイミングに基地局12で実行されるチャネル割当処理の一例を示すフロー図である。
図4に示すように、基地局12は、CCH用受信レベル検出部40で、移動局14から制御チャネルで送信される制御信号の受信レベルを検出し(S100)、検出された制御信号の受信レベルが所定値(ADC38のダイナミックレンジの下限値より小さい固定値)以上であるか否かを判定する(S102)。
ここで、S100で検出された制御信号の受信レベルが所定値以上であれば(S102:Y)、基地局12は、受信された制御信号を移動局14からの接続要求として検出し、その移動局14に対して割り当てる通信チャネルを決定する。すなわち、基地局12は、各タイムスロットにおける最大受信レベルと、S100で検出された制御信号の受信レベルと、の差を算出し(S104)、算出された受信レベルの差がADC38のダイナミックレンジ以下であるタイムスロットに属するPRUのいずれか(制御チャネル用のサブチャネル1に属するPRUは除く)を、その制御信号を送信した移動局14に割り当てる(S106)。これにより、接続確立後に、移動局14の通信が不能となる確率を低減することができる。
一方、S100で検出された制御信号の受信レベルが所定値未満であれば(S102:N)、基地局12は、移動局14からの接続要求が届いていないと判定し、移動局14に対する通信チャネルの割当ては行わない。
以上説明した基地局12によれば、制御チャネル専用のCCH用受信レベル検出部40を備えているため、移動局14から送信される制御信号の可変利得アンプ37で調整された後の受信レベルがADC38のダイナミックレンジから外れるような場合であっても、その移動局14からの接続要求を検出することができる。このため、OFDMA方式を採用する基地局12への移動局14の接続成功率を向上させることができる。
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、次のような変形例も考えられる。
たとえば、上記実施形態では、受信部30とは別にCCH用受信レベル検出部40を設けたが、CCH用受信レベル検出部40を受信部30内(たとえば受信部30のミキサ33と可変利得アンプ37との間)に配置してもよい。
また、上記実施形態では、基地局の受信ダイナミックレンジがA/Dコンバータのダイナミックレンジと等しい例を示したが、基地局の受信ダイナミックレンジはその受信系を構成する回路要素(A/Dコンバータを含む)の全部または一部によって決定されてもよい。
さらに、本発明は、OFDMA方式およびTDMA/TDD方式を採用する基地局だけでなく、マルチキャリア伝送方式を採用する基地局全般に広く適用可能である。
10 移動通信システム、12 基地局、14 移動局、16 セル、20 アンテナ、30 受信部、31,34,41 帯域通過フィルタ、32 低雑音アンプ、33,36 ミキサ、35,42 IFアンプ、37 可変利得アンプ、38 ADC(A/Dコンバータ)、39 受信利得制御部、40 CCH用受信レベル検出部、43 検波器、50 信号処理部、60 制御部、61 接続要求検出部、62 最大受信レベル検出部、63 チャネル割当部。

Claims (5)

  1. マルチキャリア伝送方式および時分割多元接続方式を採用し、所定の帯域内に規定された複数のチャネルのいずれかを介して移動局装置と通信する基地局装置であって、
    複数の移動局装置から受信される信号の受信レベルの最大値が当該基地局装置の受信ダイナミックレンジ内に入るよう、前記帯域で受信される信号の受信レベルを一括調整する受信レベル調整手段と、
    前記帯域内に規定された制御チャネルで受信される制御信号の前記受信レベル調整手段により調整される前の受信レベルを検出する制御信号レベル検出手段と、
    前記制御信号レベル検出手段により検出される前記制御信号の受信レベルに基づいて、当該基地局装置に対する接続要求を検出する接続要求検出手段と、
    前記接続要求検出手段により接続要求が検出された場合に、該接続要求を送信した移動局装置に前記複数のチャネルのいずれかを割り当てるチャネル割当手段と、
    タイムスロットごとに、前記帯域で受信される信号の前記受信レベル調整手段により調整された後の受信レベルの最大値を検出する最大受信レベル検出手段と、
    を含み
    前記チャネル割当手段は、前記最大受信レベル検出手段により検出される受信レベルの最大値と、前記制御信号レベル検出手段により検出される前記制御信号の受信レベルと、の差が前記受信ダイナミックレンジ以下であるタイムスロットに属するチャネルのいずれかを前記接続要求を送信した移動局装置に割り当てる、
    とを特徴とする基地局装置。
  2. 請求項1に記載の基地局装置において、
    前記接続要求検出手段は、前記制御信号レベル検出手段により検出される前記制御信号の受信レベルが所定値以上である場合に、該制御信号を当該基地局装置に対する接続要求として検出する、
    ことを特徴とする基地局装置。
  3. 請求項1または2に記載の基地局装置において、
    前記基地局装置の受信ダイナミックレンジは、前記基地局装置が備えるA/Dコンバータのダイナミックレンジである、
    ことを特徴とする基地局装置。
  4. 請求項1からのいずれかに記載の基地局装置において、
    前記マルチキャリア伝送方式は、直交周波数分割多元接続方式である、
    ことを特徴とする基地局装置。
  5. マルチキャリア伝送方式および時分割多元接続方式を採用し、所定の帯域内に規定された複数のチャネルのいずれかを介して移動局装置と通信する基地局装置のチャネル割当方法であって、
    複数の移動局装置から受信される信号の受信レベルの最大値が当該基地局装置の受信ダイナミックレンジ内に入るよう、前記帯域で受信される信号の受信レベルを一括調整する受信レベル調整ステップと、
    前記帯域内に規定された制御チャネルで受信される制御信号の調整前の受信レベルを検出する制御信号レベル検出ステップと、
    前記制御信号の調整前の受信レベルに基づいて、前記基地局装置に対する接続要求を検出する接続要求検出ステップと、
    接続要求が検出された場合に、該接続要求を送信した移動局装置に前記複数のチャネルのいずれかを割り当てるチャネル割当ステップと、
    タイムスロットごとに、前記帯域で受信される信号の前記受信レベル調整ステップにおいて調整された後の受信レベルの最大値を検出する最大受信レベル検出ステップと、
    を含み、
    前記チャネル割当ステップにおいて、前記最大受信レベル検出ステップにおいて検出される受信レベルの最大値と、前記制御信号レベル検出ステップにおいて検出される前記制御信号の受信レベルと、の差が前記受信ダイナミックレンジ以下であるタイムスロットに属するチャネルのいずれかを前記接続要求を送信した移動局装置に割り当てる、
    とを特徴とするチャネル割当方法。
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