JP5574440B2 - 分散アンテナネットワークシステム、及びチャネル割当方法 - Google Patents

Description

本発明は、多数のアンテナが通信エリアに分散配置された分散アンテナネットワークシステム、及びチャネル割当方法に関する。

移動無線通信では、多数の基地局をサービスエリア内に配置し、十分に距離の離れた基地局で同一のチャネルを再利用することで、限られた数のチャネルを有効利用している。どのようにチャネルを各基地局に割り当てるかは、チャネル割り当てと呼ばれている。良く知られているのが、固定チャネル割り当て（ＦＣＡ）である（例えば非特許文献１参照）。ＦＣＡでは、利用可能な全チャネルを複数のグループに分け、各チャネルグループを異なる基地局へ割り当てる。

図１０（ａ）〜（ｃ）は、各々、チャネルグループ数Ｎ＝３、４、及び７のＦＣＡの例を示す概念図である。図１０（ａ）〜（ｃ）に示すように、チャネルグループ数Ｎを多くすればするほど、同一のチャネルグループを用いる基地局は、十分離れるようになる。ゆえに、同一チャネル干渉が十分弱くなり、通信品質が向上する。しかしながら、チャネルグループ当たり（つまり基地局当たり）のチャネル数が少なくなるから、チャネル利用効率は、低下してしまう。

一方、チャネルグループ数を少なくすれば、基地局当たりのチャネル数は多くなる。しかしながら、同一のチャネルグループを用いる基地局間距離が近くなるから、強い同一チャネル干渉を受けることになるので、所要通信品質を満たさなくなる確率が増加してしまう。そこで、所要通信品質を満たしつつ、できるだけ多くのチャネルを各基地局に割り当てることが必要になるが、トラフィックは、時々刻々変動するし、電波伝搬環境は、場所に依存するため、ＦＣＡでチャネル利用効率を最大化するのは、きわめて困難である。

そこで、トラフィックの変動、及び周囲の伝搬環境に適応して所要通信品質を満たすよう動的にチャネルを割り当てる集中制御型動的チャネル割り当て（ＤＣＡ）が数多く提案された。しかしながら、中央制御センタの演算量が膨大であり、実用的でないという問題があった。この問題を解決するために、各基地局が自律的にチャネル割り当てを行う自律分散制御型ＤＣＡが研究されてきた。その中にチャネル棲み分けを用いる自律分散ＤＣＡがある（例えば非特許文献２参照）。

チャネル棲み分けでは、基地局毎に全チャネルの過去の干渉状態を表す優先度テーブルを用意する。チャネル割り当ての都度、優先度順位が最高のチャネルを選択し、そのチャネルの干渉を測定し、干渉量が許容値以下かどうか判定する。もし、干渉量が許容値以下であれば、そのチャネルを割り当てる。そうでなければ、次に優先度の高いチャネルを選択し、干渉量が許容値以下かどうか判定し、もし、干渉量が許容値以下であれば、そのチャネルを割り当てる。そうでなければ、干渉量が許容値以下のチャネルが見つかるまで、この操作を繰り返す。

割り当てに成功したチャネル（つまり、干渉量が許容値以下）、及び不成功（つまり、干渉量が許容値以上）であったチャネルの優先度順位を所定の計算式で更新する（詳しくは非特許文献２参照）。このチャネル棲み分けは、各基地局が自律分散でありながら動的にチャネル割り当てが行える。

一方、最近では、１ギガビット／秒を超える超高速無線通信技術の開発が要求されている。このような超高速無線通信では、送信電力を実用的な値に保ったままでは、伝搬損失、シャドウイング損失や、マルチパスフェージングによる通信品質の劣化により、通信可能な距離がかなり短くなり、基地局のごく近傍でしか超高速無線通信を行うことができない。そこで最近では、図１１に示すように、基地局の代わりに、中央処理センタ１を用い、その周辺に光ファイバ２、２、…などで接続された多数のアンテナ３、３、…を空間的に分散配置し、それらを介して、中央処理センタ１と無線端末４とが通信を行う分散アンテナネットワーク（ＤＡＮ：例えば非特許文献３参照）、または分散アンテナシステムが活発に研究されている。

無線端末４の近くにいくつかの分散アンテナが見つかるから、低送信電力でも所要品質を確保することができる。また、複数の分散アンテナ３、３、…を用いたダイバーシチ送受信を行うことにより、所要通信品質を確保するために必要となる所要送信電力をさらに低減することができる。所要送信電力が低減されれば、同一チャネル干渉が低減されるので、より近くで同一チャネルを再利用することができることになる。

W.C. Jakes, Jr., Microwave Mobile Communications, Wiley, 1974. Y. Furuya and Y. Akaiwa,"Channel Segregation, A Distributed Adaptive Channel Allocation Scheme for Mobile Communication Systems,"IEICE Trans., Vol.E 74, No.6, pp.1531-1537, June 1991. F. Adachi, K. Takeda, T. Obara, and T. Yamamoto,"Recent Advances in Single-carrier Frequency-domain Equalization and Distributed Antenna Network,"IEICE Trans. Fundamentals, Vol.E93-A, No.11, pp.2201-2211, Nov. 2010. 松川隆介，松田大輝，武田一樹，安達文幸，"時空間符号化送受信ダイバーシチを用いる下りリンク分散アンテナネットワークのBER分布，"信学会総合大会，B-5-118，p.550，2010年3月． K. Takeda and F. Adachi,"Frequency-domain MMSE Channel Estimation for Frequency-domain Equalization of DS-CDMA Signals,"IEICE Trans. Commun., Vol.E90-B, No.7, pp.1746-1753, July 2007.

ところで、これまで、ＤＡＮにおけるチャネル割り当てに関して、検討は行われていなかった。ＤＡＮでは、無線端末毎に複数の分散アンテナ（これをアンテナクラスタと呼ぶ）を選択するため、従来のチャネル棲み分けアルゴリズムをそのまま用いると、アンテナクラスタ内の各分散アンテナの優先度テーブルの内容が異なることになるため、アンテナクラスタにどのチャネルを割り当てるか決定することができないという問題がある。

本発明は、このような事情を考慮してなされたものであり、その目的は、分散アンテナシステムにおいても、チャネル割り当てに関わる制御負荷を各中央処理センタに分散させつつ、トラフィックの変動、及び周囲伝搬環境に適応する、選択すべきチャネルを一意に決定することができる分散アンテナネットワークシステム、及びチャネル割当方法を提供することにある。

上述した課題を解決するために、本発明は、無線端末と、地理的に広範囲に分散して配置された複数のアンテナからなる分散アンテナと、当該分散アンテナを介して前記無線端末と通信を行う中央処理センタとにより構成される分散アンテナネットワークシステムであって、前記無線端末は、前記分散アンテナの中から、前記中央処理センタとの通信を行うために使用するアンテナの集合であるアンテナクラスタを選択するアンテナクラスタ選択手段と、前記アンテナクラスタ選択手段によって選択された前記アンテナクラスタの中から１つのアンテナをクラスタヘッドとして選択するクラスタヘッド選択手段とを備え、前記中央処理センタは、前記分散アンテナを構成する各アンテナについて、複数のチャネルのそれぞれにおいて測定された干渉状況を記録する干渉管理手段と、前記無線端末から通信要求があった場合に、当該無線端末が選択したクラスタヘッドの干渉状況を前記干渉管理手段から取得して、当該クラスタヘッドの干渉状況によりチャネルの１つを選択するチャネル選択手段とを備えることを特徴とする分散アンテナネットワークシステムである。

本発明は、上記の発明において、前記干渉管理手段は、前記分散アンテナを構成する各アンテナについて、複数のチャネルのそれぞれにおいて測定された干渉電力を記録し、前記チャネル選択手段は、前記無線端末が選択したクラスタヘッドの干渉電力を前記干渉管理手段から取得し、当該クラスタヘッドの干渉電力が最小のチャネルであって、かつ、当該無線端末が選択したアンテナクラスタの中で使用されていないチャネルを選択することを特徴とする。

本発明は、上記の発明において、前記アンテナクラスタ選択手段は、前記分散アンテナの中から、受信電力が大きいものから順番に前記アンテナクラスタとして選択することを特徴とする。

本発明は、上記の発明において、前記クラスタヘッド選択手段は、前記アンテナクラスタの中から受信電力が最も大きいものを前記クラスタヘッドとして選択することを特徴とする。

また、上述した課題を解決するために、本発明は、無線端末と、地理的に広範囲に分散して配置された複数のアンテナからなる分散アンテナと、当該分散アンテナを介して前記無線端末と通信を行う中央処理センタとにより構成される分散アンテナネットワークシステムにおけるチャネル割当方法であって、前記無線端末が、前記分散アンテナの中から、前記中央処理センタとの通信を行うために使用するアンテナの集合であるアンテナクラスタを選択するアンテナクラスタ選択ステップと、前記無線端末が、前記アンテナクラスタ選択ステップで選択された前記アンテナクラスタの中から１つのアンテナをクラスタヘッドとして選択するクラスタヘッド選択ステップとを含み、前記中央処理センタが、前記分散アンテナを構成する各アンテナについて、複数のチャネルのそれぞれにおいて測定された干渉状況を記録する干渉管理ステップと、前記中央処理センタが、前記無線端末から通信要求があった場合に、当該無線端末が選択したクラスタヘッドの干渉状況を前記干渉管理ステップで記録した中から取得して、当該クラスタヘッドの干渉状況によりチャネルの１つを選択するチャネル選択ステップとを含むことを特徴とするチャネル割当方法である。

本発明は、上記の発明において、前記干渉管理ステップは、前記分散アンテナを構成する各アンテナについて、複数のチャネルのそれぞれにおいて測定された干渉電力を記録し、前記チャネル選択ステップは、前記無線端末が選択したクラスタヘッドの干渉電力を前記干渉管理ステップで記録した中から取得し、当該クラスタヘッドの干渉電力が最小のチャネルであって、かつ、当該無線端末が選択したアンテナクラスタの中で使用されていないチャネルを選択することを特徴とする。

本発明は、上記の発明において、前記アンテナクラスタ選択ステップは、前記分散アンテナの中から、受信電力が大きいものから順番に前記アンテナクラスタとして選択することを特徴とする。

本発明は、上記の発明において、前記クラスタヘッド選択ステップは、前記アンテナクラスタの中から受信電力が最も大きいものを前記クラスタヘッドとして選択することを特徴とする。

この発明によれば、各分散アンテナが過去の干渉電力の履歴に基づいて干渉テーブルを作成し、干渉の小さいチャネルを選択して割り当てを行うことにより、チャネル割り当てに関わる制御負荷を各中央処理センタに分散させつつ、トラフィックの変動、及び周囲伝搬環境に適応する、干渉の小さいチャネルを割り当てることができる。

本発明による、ＤＡＮを用いる実施形態のモデルの一例を示す概念図である。 本実施形態による、干渉テーブル作成、及びチャネル割り当て動作を説明するためのフローチャートである。 上述したステップＳ１４におけるＤＡＮのチャネル割り当て動作を説明するためのフローチャートである。 本実施形態による、下りリンクの伝送のための中央処理センタ１０の送信装置の構成を示すブロック図である。 本実施形態による、下りリンクの伝送のための無線端末１３の受信装置の構成を示すブロック図である。 本実施形態による、上りリンクの伝送のための無線端末１３の送信装置の構成を示すブロック図である。 本実施形態による、中央処理センタ１０の受信装置１１０の構成を示すブロック図である。 本計算機シミュレーションで用いる数値計算諸元を示す図である。 上述した計算機シミュレーション結果である、パケット発生確率Ｐ_{ｔｒａｎｓ}の関数としてプロットした平均チャネル容量を示す図である 固定チャネル割り当て（ＦＣＡ）の例を示す概念図である。 従来の分散アンテナネットワーク（ＤＡＮ）の構成を示す概念図である。

以下、本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。
本発明は、地理的に分散して配置した複数のアンテナを介して中央処理サーバと無線端末が無線通信を行う分散アンテナシステムに関するチャネル割当技術である。
従来、自律型ＤＣＡ（Dynamic Channel Assignment）では、アンテナが周囲の干渉状況をチャネルごとに測定して、その中から干渉電力の低いチャネルを選択していた。この方法を分散アンテナシステムに適用すると、各アンテナが地理的に離れているため、アンテナごとに干渉状況が異なり、選択すべきチャネルが一意に定まらないという問題があった。

本発明では、無線端末が中央処理サーバとの通信に用いるアンテナを、受信電力の高いものから順番に選択してアンテナクラスタを生成する。また、その中から最も受信電力の高いものをクラスタヘッドとして選択する。中央処理サーバは、クラスタヘッドを含めて全てのアンテナの干渉状況を管理しており、クラスタヘッドにおいて干渉電力が最も低く、かつ、アンテナクラスタの中で使用されていないチャネルを選択して割り当てる。このような構成とすることで、分散アンテナシステムにおいても、自律型ＤＣＡのチャネル割り当てに関わる制御負荷を各中央処理センタに分散させつつ、トラフィックの変動、及び周囲伝搬環境に適応して、干渉の小さいチャネルを割り当てて通信することができるという効果を有する。

図１は、本発明による、ＤＡＮを用いる実施形態のモデルの一例を示す概念図である。本実施形態で想定するネットワークは、図１に示すように、セル内に存在するＵ個の無線端末１３に対して、セル毎に配置されているＮ_{ｔｏｔａｌ}（≧１）本の分散アンテナ１１を具備する中央処理センタ１０がＮ_{ｔｏｔａｌ}のうち、Ｎｔ（≦Ｎ_{ｔｏｔａｌ}）本のアンテナを選択し、それを用いて同時送受信するものである。但し、分散アンテナ１１と中央処理センタ１０との間は、光ファイバ１２や、メタルファイバなどの有線で接続されているものとする。

以下では、Ｎ_{ｔｏｔａｌ}本の分散アンテナのうちのＮ_ｔ本の分散アンテナ（アンテナクラスタ１５と呼ぶ）とＵ個の無線端末１３とが同時送受信するものとして説明する。

図２は、本実施形態による、干渉テーブル作成、及びチャネル割り当て動作を説明するためのフローチャートである。無線端末１３から通信要求がある度、アンテナクラスタ選択とクラスタヘッドとを決定し、チャネル割り当てを行う。チャネル割り当てのために用いられるのが、干渉テーブルである。干渉テーブルを以下のようにして定期的に更新する。

各分散アンテナでは、常に利用可能な全てのチャネルについて平均干渉電力を測定する（ステップＳ１０）。一次フィルタによる平均干渉電力の計算法について示す。一次フィルタでは、一つ前のタイムスロットにおいて測定した干渉電力に忘却係数β（０≦β≦１）を乗算する。また、一つ前のタイムスロットにおいて計算したフィルタ出力（平均干渉電力）に（１−β）を乗算する。そして、その和をフィルタ出力として出力する。βを大きくするほど、平均化時間を短く、βを小さくするほど、平均化時間を長くすることになる。そして、全てのチャネルの平均干渉電力を、電力の小さい順に並べ替えて干渉テーブルに格納する（ステップＳ１１）。この操作をタイムスロット毎に繰り返し、干渉テーブルを更新する。

次に、ある無線端末１３に送信パケットが発生し、通信要求が発生すると、まず、多数の分散アンテナの中から、その無線端末１３と通信を行うアンテナクラスタ１５（Ｎ_ｔ本の分散アンテナ）と、その中心となるクラスタヘッドとを選択する。このアンテナ選択のために、全ての分散アンテナ１１から周期的にビーコンを送信する方法を用いることができる。

各端末１３は、自分の周辺に存在している分散アンテナ１１からのビーコンの平均受信電力（長時間平均受信電力（無線端末１３との距離に基づく選択になる）、短時間平均受信電力、あるいは瞬時受信電力）を測定する（ステップＳ１２）。

次に、各端末は、ビーコン平均受信電力の大きさに基づいて、自分と通信を行うアンテナクラスタ１５（Ｎ_ｔ本の分散アンテナ）と、クラスタヘッド（Ｎ_ｔ本の分散アンテナの中の１本）とを決定し、チャネル割り当てのために、その結果を中央処理センタ１０に通知する（通信要求パケットのヘッドに、この情報を格納すればよい）（ステップＳ１３）。

ここで、アンテナクラスタ１５の決定方法は、以下の例では、Ｎ_{ｔｏｔａｌ}本の分散アンテナ１１から、受信信号電力の大きい順に、Ｎ_ｔ本アンテナを選択することを考えている。但し、予め中央処理センタ１０で決定しておいた受信信号電力の閾値を超えるようなアンテナ全てをアンテナクラスタとして選択することもできるし、あるいはその両方を併せて用いることも可能である。

また、クラスタヘッドは、本実施形態では、選択したＮ_ｔ本のアンテナの中で最大の受信電力であったアンテナを選択するものとしているが、Ｎ_ｔ本のアンテナの中から任意に１本アンテナを選択しても良い。また，受信電力の代わりに，信号電力対雑音電力比(Signal-to-noise power ratio; SNR)であったり，信号電力対干渉・雑音電力比(Signal-to-interference plus noise power ratio; SINR)を算出してそれを用いても良い．すなわち、本願では、「受信電力」は信号電力対雑音電力比、信号電力対干渉・雑音電力比を包含する。

次に、中央処理センタ１０でチャネルの割り当てを行うが、チャネル割り当てでは、クラスタヘッドが保有する干渉テーブルを参照し、未使用チャネルの中で干渉電力が最小のチャネルを選択し、そのチャネルを通信に割り当て（ステップＳ１４）、その後、通信を開始する。

図３は、上述したステップＳ１４におけるＤＡＮのチャネル割り当て動作を説明するためのフローチャートである。クラスタヘッドでは、まず、干渉テーブルから干渉電力が最小のチャネルを選択する（ステップＳ１４１）。次に、上記チャネルがアンテナクラスタ内で使用中かどうかを判定し（ステップＳ１４２）、使用中でなければ、そのチャネルを割り当てる（ステップＳ１４３）。

一方、上記チャネルが使用中の場合には、クラスタヘッドで保有する干渉テーブルで未選択のチャネルがあるかどうかを判定し（ステップＳ１４４）、未選択のチャネルがなければ、その一定期間を待機した後（ステップＳ１４５）、ステップＳ１４１に戻ってチャネル選択を再開する。

一方、干渉テーブルで未選択のチャネルがあった場合には、干渉テーブルから次に干渉電力が小さいチャネルを選択し（ステップＳ１４６）、ステップＳ１４２からのフローを再度行う。

なお、ステップＳ１４のようなチャネルを割り当てにおける無線端末１３の優先順としては、例えば、通信を要求してきた順に割り当てたり、受信信号電力が大きい順に割り当てたり、ＱｏＳ（Quality of service）が高い順であったり、ランダムに割り当ててもよい。

なお、時分割複信のシステムの場合には、下りリンク（中央処理センタ１０から無線端末１３への通信）と上りリンク（無線端末１３から中央処理センタ１０への通信）とのチャネルは、同一周波数を用い、周波数分割複信のシステムの場合には、下りリンクと上りリンクとのチャネルが一対一で対応しているため、下りリンク用のチャネル割り当てを行えば十分である。

アンテナクラスタの選択とチャネル割り当てとが終了後、下りリンク送信では、中央処理センタ１０で無線端末１３への送信信号を生成し、アンテナクラスタ１５内の全ての分散アンテナ１１、…からダイバーシチ送信する。ここで、送信ダイバーシチ（非特許文献４参照）のために、アンテナクラスタ１５と端末１３間のチャネル利得の推定を行う。

チャネル推定法には、既知信号（パイロット）を周期的に伝送してチャネル推定するパイロット信号に基づくチャネル推定（非特許文献５参照）を用いることができる。無線端末１３では、アンテナクラスタ１５内の全ての分散アンテナ１１、…から送信された信号を受信し、受信信号検出を行う。一方、上りリンク送信では、無線端末１３で送信信号を生成し、アンテナクラスタ１５内の全ての分散アンテナ１１、…で受信する。分散アンテナ１１の受信信号を光ファイバ１２を用いて中央処理センタ１０へ伝送し、ダイバーシチ合成した後、受信信号検出を行う。

本実施形態では、信号伝送としてＮ_ｃ個のサブキャリアを用いる直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ）による信号伝送を行うものとする。各チャネルは、Ｎ_ｃ個の直交サブキャリアの中のいくつかの直交サブキャリア群から構成される。以下では、上り下りリンクの送受信方法について説明する。

まず、下りリンクの送受信方法について説明する。
図４は、本実施形態による、下りリンクの伝送のための中央処理センタ１０の送信装置の構成を示すブロック図である。中央処理センタ１０の送信装置１００は、無線端末＃１〜＃Ｕに対する、データ変調回路１００−１、…、１００−Ｕ、送信重み乗算回路１０２−１、…１０２−Ｕ、Ｎ_ｃポイントＩＦＦＴ１０３−１、…、１０３−Ｕ、及び周波数マッピング回路１０１を備えている。データ変調回路１００−１、…、１００−Ｕは、無線端末＃ｕ（ｕ＝１〜Ｕ）へ送信する２値送信情報ブロックをＭ_ｕ個のデータ変調シンボルに変換する。

周波数マッピング回路１０１は、Ｍ_ｕ個のデータ変調シンボルを、Ｍ_ｕ個の直交サブキャリア位置に割り当て、その複製をＮ_ｔ個作成する。送信重み乗算回路１０２−１、…１０２−Ｕは、Ｍ_ｕ個の直交サブキャリアの一つ一つに複素重みを乗算する送信等化を行う。Ｎ_ｃポイントＩＦＦＴ回路１０３−１、…、１０３−Ｕは、時間領域信号に変換して、Ｎ_ｔ本の分散アンテナ＃１〜＃Ｎ_ｔからそれぞれ送信する。

図５は、本実施形態による、下りリンクの伝送のための無線端末１３の受信装置の構成を示すブロック図である。無線端末１３（＃ｕ：ｕ＝１〜Ｕ）は、各々、その受信装置１３０−ｕ（ｕ＝１〜Ｕ）として、Ｎ_ｃポイントＩＦＦＴ１３１−ｕ、周波数デマッピング回路１３２−ｕ、及び信号検出回路１３３−ｕを備えている。ＮｃポイントＦＦＴ回路１３１−ｕは、受信信号を周波数領域信号に変換する。周波数デマッピング回路１３１−ｕは、Ｎ_ｃ個のサブキャリアのうち、無線端末１３（＃ｕ）に割当てられた周波数位置の成分のみを抽出する。信号検出回路１３３−ｕは、２値情報ブロックを得る。

次に、上りリンクの送受信方法について説明する。
図６は、本実施形態による、上りリンクの伝送のための無線端末１３の送信装置の構成を示すブロック図である。無線端末１３（＃ｕ：ｕ＝１〜Ｕ）は、各々、その送信装置１４０−ｕ（ｕ＝１〜Ｕ）として、データ変調回路１４１−ｕ、周波数マッピング回路１４２−ｕ、及びＮ_ｃポイントＩＦＦＴ回路１４３−ｕを備えている。データ変調回路１４１−ｕは、中央処理センタ１０へ送信する２値送信情報ブロックをＭ_ｕ個のデータ変調シンボルに変換する。周波数マッピング回路１４２−ｕは、Ｍ_ｕ個のデータ変調シンボルを、Ｍ_ｕ個の直交サブキャリア位置に割り当て、それ以外の位置にはゼロを挿入する。ＮｃポイントＩＦＦＴ回路１４３−ｕは、時間領域信号に変換して送信する。

図７は、本実施形態による、中央処理センタ１０の受信装置１１０の構成を示すブロック図である。中央処理センタ１０の受信装置１１０は、Ｎ_ｃポイントＦＦＴ回路１１０−ｕ（ｕ＝１〜Ｕ）、受信重み乗算回路１１１−ｕ、ダイバーシチ合成回路１１２、周波数デマッピング回路１１３−ｕ、及び信号検出回路１１４−ｕを備えている。

ＮｃポイントＦＦＴ回路１１０−ｕは、Ｎ_ｔ個の分散アンテナ＃１〜＃Ｎ_ｔからなるアンテナクラスタで受信されたＮ_ｔ個の受信信号を周波数領域信号に変換する。受信重み乗算回路１１１−ｕは、分散アンテナ＃１〜＃Ｎ_ｔの直交サブキャリア毎に、複素重みを乗算する受信等化を行う。

ダイバーシチ合成回路１１２は、Ｎ_ｔ個の分散アンテナ＃１〜＃Ｎ_ｔで受信された各サブキャリア成分を合成する。周波数デマッピング回路１１４−ｕは、無線端末＃ｕに割当てられたＭ_ｕ個の直交サブキャリア成分を抽出する。信号検出回路１１４−ｕは、２値情報ブロックを得る。

次に、計算機シミュレーションで評価した本発明手法の効果について説明する。
図１に示すような、各セル内に７本の分散アンテナを配置する分散アンテナネットワークを仮定（Ｎ_{ｔｏｔａｌ}＝７）し、モンテカルロ数値計算により、下りリンクの平均チャネル容量特性を求める。図８は、本計算機シミュレーションで用いる数値計算諸元を示す図である。総チャネル数を３チャネルとし、上述した実施形態では、アンテナクラスタを構成する分散アンテナ数をＮ_ｔ本とし、その中の１つをクラスタヘッドとしたが、ここでは、Ｎ_ｔ＝１本としている（つまり、クラスタヘッドの選択は不要）。

また、無線端末１３の位置は、図１の領域内にランダムであるものとする。各無線セル内にＵ個の無線端末１３が存在しており、それぞれＰ_{ｔｒａｎｓ}の確率で、各タイムスロットにおいてパケットが発生するものとしている。上述した実施形態では、Ｎ_ｃ個のサブキャリアを用いるＯＦＤＭ伝送を仮定したが、ここでは、その中の１個のサブキャリアだけに注目した計算機シミュレーションを行っている。

したがって、チャネルは、周波数非選択性ブロックレイリーフェージングチャネルを仮定している。送信重みは，ゼロフォーシング（ＺＦ）重みを用いている。また、チャネル推定は理想としている。なお、干渉リミテッドチャネル、すなわち、雑音の影響は、干渉に比べて十分に小さく、無視できるものと仮定している。

図９は、上述した計算機シミュレーション結果である、パケット発生確率Ｐ_{ｔｒａｎｓ}の関数としてプロットした平均チャネル容量を示す図である。固定チャネル割り当て（ＦＣＡ）を用いるときと、チャネル棲み分けを用いる自律分散ＤＣＡとの平均チャネル容量を比較している。ＦＣＡを用いるときのチャネルグループ数は、Ｎ＝３としている。総チャネル数を３チャネルとしているので、各無線セルに割り当てられるチャネルは、１チャネルのみとなり、当該セルに含まれる全ての分散アンテナに同一のチャネルが割り当てられることになる。

ＦＣＡでは、同一チャネル間の干渉が小さくなるよう設計はされているものの、各セルへ割り当てられるチャネルが少ないために、パケット送信を要求する無線端末数がチャネル数を上回ってしまうことが頻繁に生じる。このため、各タイムスロットで伝送を行える無線端末数に制限が生じてしまう。

一方、自律分散ＤＣＡでは、各セルでパケット送信を要求する無線端末数が総チャネル数を超えない限り、チャネル割り当てを行うことができる。この結果、ＦＣＡに比べて平均チャネル容量が向上する。チャネル容量の向上効果は、パケットトラフィック（Ｕ×Ｐ_{ｔｒａｎｓ}）が高いほど大きくなる。例えば、無線セル当たりのユーザ数がＵ＝３で、パケット発生確率がＰ_{ｔｒａｎｓ}＝１．０のとき、自律分散ＤＣＡは、ＦＣＡよりも１１ｂｐｓ／Ｈｚ程度チャネル容量が増加することが分かる。

上述した実施形態によれば、各分散アンテナが過去の干渉電力の履歴に基づいて干渉テーブルを作成し、干渉の小さいチャネルを選択して割り当てを行うことにより、チャネル割り当てに関わる制御負荷を各中央処理センタに分散させつつ、トラフィックの変動、及び周囲伝搬環境に適応する、干渉の小さいチャネルを割り当てて通信することができる。

１０ 中央処理センタ
１１ 分散アンテナ
１２ 光ファイバ
１３ 無線端末
１００ 中央処理センタの送信装置
１００−１〜１００−Ｕ データ変調回路
１０１ 周波数マッピング回路
１０２−１〜１０２−Ｕ 送信重み乗算回路
１０３−１〜１０３−Ｕ Ｎ_ｃポイントＩＦＦＴ
１３０−１〜１３０−Ｕ 無線端末＃１〜＃Ｕの受信装置
１３１−１〜１３１−Ｕ Ｎ_ｃポイントＩＦＦＴ
１３２−１〜１３２−Ｕ 周波数マッピング回路
１３３−１〜１３３−Ｕ 信号検出回路
１４１−１〜１４１−Ｕ データ変調回路
１４１−２〜１４２−Ｕ 周波数マッピング回路
１４２−１〜１４２−Ｕ Ｎ_ｃポイントＩＦＦＴ
１１０ 中央処理センタの受信装置
１１０−１〜１１０−Ｕ Ｎ_ｃポイントＩＦＦＴ
１１１−１〜１１１−Ｕ 受信重み乗算回路
１１２ ダイバーシチ合成回路
１１３−１〜１１３−Ｕ 周波数デマッピング回路
１１４−１〜１１４−Ｕ 信号検出回路

Claims (8)

1. 無線端末と、地理的に広範囲に分散して配置された複数のアンテナからなる分散アンテナと、当該分散アンテナを介して前記無線端末と通信を行う中央処理センタとにより構成される分散アンテナネットワークシステムであって、
   前記無線端末は、
   前記分散アンテナの中から、前記中央処理センタとの通信を行うために使用するアンテナの集合であるアンテナクラスタを選択するアンテナクラスタ選択手段と、
   前記アンテナクラスタ選択手段によって選択された前記アンテナクラスタの中から１つのアンテナをクラスタヘッドとして選択するクラスタヘッド選択手段とを備え、
   前記中央処理センタは、
   前記分散アンテナを構成する各アンテナについて、複数のチャネルのそれぞれにおいて測定された干渉状況を記録する干渉管理手段と、
   前記無線端末から通信要求があった場合に、当該無線端末が選択したクラスタヘッドの干渉状況を前記干渉管理手段から取得して、当該クラスタヘッドの干渉状況によりチャネルの１つを選択するチャネル選択手段とを備える
   ことを特徴とする分散アンテナネットワークシステム。
2. 前記干渉管理手段は、
   前記分散アンテナを構成する各アンテナについて、複数のチャネルのそれぞれにおいて測定された干渉電力を記録し、
   前記チャネル選択手段は、
   前記無線端末が選択したクラスタヘッドの干渉電力を前記干渉管理手段から取得し、当該クラスタヘッドの干渉電力が最小のチャネルであって、かつ、当該無線端末が選択したアンテナクラスタの中で使用されていないチャネルを選択する
   ことを特徴とする請求項１に記載の分散アンテナネットワークシステム。
3. 前記アンテナクラスタ選択手段は、
   前記分散アンテナの中から、受信電力が大きいものから順番に前記アンテナクラスタとして選択する
   ことを特徴とする請求項１に記載の分散アンテナネットワークシステム。
4. 前記クラスタヘッド選択手段は、
   前記アンテナクラスタの中から受信電力が最も大きいものを前記クラスタヘッドとして選択する
   ことを特徴とする請求項１に記載の分散アンテナネットワークシステム。
5. 無線端末と、地理的に広範囲に分散して配置された複数のアンテナからなる分散アンテナと、当該分散アンテナを介して前記無線端末と通信を行う中央処理センタとにより構成される分散アンテナネットワークシステムにおけるチャネル割当方法であって、
   前記無線端末が、前記分散アンテナの中から、前記中央処理センタとの通信を行うために使用するアンテナの集合であるアンテナクラスタを選択するアンテナクラスタ選択ステップと、
   前記無線端末が、前記アンテナクラスタ選択ステップで選択された前記アンテナクラスタの中から１つのアンテナをクラスタヘッドとして選択するクラスタヘッド選択ステップとを含み、
   前記中央処理センタが、前記分散アンテナを構成する各アンテナについて、複数のチャネルのそれぞれにおいて測定された干渉状況を記録する干渉管理ステップと、
   前記中央処理センタが、前記無線端末から通信要求があった場合に、当該無線端末が選択したクラスタヘッドの干渉状況を前記干渉管理ステップで記録した中から取得して、当該クラスタヘッドの干渉状況によりチャネルの１つを選択するチャネル選択ステップとを含む
   ことを特徴とするチャネル割当方法。
6. 前記干渉管理ステップは、
   前記分散アンテナを構成する各アンテナについて、複数のチャネルのそれぞれにおいて測定された干渉電力を記録し、
   前記チャネル選択ステップは、
   前記無線端末が選択したクラスタヘッドの干渉電力を前記干渉管理ステップで記録した中から取得し、当該クラスタヘッドの干渉電力が最小のチャネルであって、かつ、当該無線端末が選択したアンテナクラスタの中で使用されていないチャネルを選択する
   ことを特徴とする請求項５に記載のチャネル割当方法。
7. 前記アンテナクラスタ選択ステップは、
   前記分散アンテナの中から、受信電力が大きいものから順番に前記アンテナクラスタとして選択する
   ことを特徴とする請求項５に記載のチャネル割当方法。
8. 前記クラスタヘッド選択ステップは、
   前記アンテナクラスタの中から受信電力が最も大きいものを前記クラスタヘッドとして選択する
   ことを特徴とする請求項５に記載のチャネル割当方法。

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