JP5798518B2 - 無線通信システム、無線通信装置および無線通信方法 - Google Patents

Description

本発明は、複数の基地局が面的に展開された無線アクセスシステムにおいて、各基地局が柔軟に無線リソース割り当てを行うための無線通信システム、無線通信装置および無線通信方法に関する。

近年の光アクセス等の普及に伴った様々な大容量サービスに対応するため、無線通信の伝送速度の向上が要求されている。占有する周波数帯域と伝送速度とは比例するため、周波数帯域を拡大する事でこれを実現する事ができる。しかし、実際の周波数資源は有限であるため、周波数帯域の拡大には限界がある。周波数帯域を増加することなく伝送速度を向上する方法として、１シンボルあたり２ビットを伝送するＱＰＳＫから１シンボルあたり６ビットを伝送する６４ＱＡＭのような変調多値数の大きい変調方式を用いる方法がある。しかし、多値数の増加に伴い信号点間距離が減少する事でノイズによる誤りやハードウェアの特性による誤りが発生しやすくなり、良好な通信の実現に高い信号対雑音比が必要となるため、この方法で伝送速度を大きく向上させることは難しい。また、面的にサービスを展開する場合、十分な数のチャネルを用意できないため、複数チャネルによる周波数リユースが困難となり、セル間干渉がシステム容量を劣化させる大きな要因となる。

そこで、周波数資源を有効に利用しながらもセル間干渉を回避する手法として、非特許文献１に記載されているFractional Frequency Reuse（ＦＦＲ）がある。例えば、セルをセル中心領域とセルエッジ領域に分割し、セル間干渉の比較的小さいセル中心領域では全帯域を割り当て、一方セル間干渉の比較的大きいセルエッジ領域では全帯域を分割し占有帯域として割り当て、周波数繰り返しを行うことによりセル間干渉を回避する。さらにセルエッジ領域において一つの占有帯域を割り当てられる基地局では、送信電力一定の条件下で、帯域幅が減少した分の余剰の電力を送信帯域に振り向けることで、送信電力密度を増加する。このように周波数繰り返し係数（Reuse Factor：ＲＦ）及び送信電力を柔軟に制御することにより、セル間干渉を回避しながら周波数資源を効率よく利用可能となる。

図９は、ＦＦＲにおけるフレーム構成及び周波数帯域と電力の割り当て例を示す図である。図１０は、ＦＦＲにおける周波数の割り当て例を示す図である。ここでは、３つの基地局がそれぞれ異なる３つの占有帯域を割り当てられる場合を例にとって説明する。各基地局は一定の時間長を持つデータフレームを単位としてデータを送信する。各データフレームの先頭にはタイミング同期やチャネル推定を実施するためのトレーニング信号、及び宛先となる端末局の割り当て情報等を含む制御信号がある。次に、基地局＃１〜基地局＃３が全帯域を共有（ｆ１＋ｆ２＋ｆ３）し、データを割り当てる領域を有する。この領域は主にＳＩＮＲ（Signal to Interference Noise power Ratio：信号対干渉雑音電力比）の良好な端末局のデータが割り当てられるため、当該領域をセル中心ゾーンとする。

その次には、各基地局がそれぞれ互いにセル間干渉を与えないように、全帯域を分割した占有帯域ｆ１、ｆ２、ｆ３による領域がある。これをセルエッジゾーンとし、当該領域に主にセル中心ゾーンに比べてＳＩＮＲの小さい端末局のデータを割り当てる。このとき、占有帯域ｆ１、ｆ２、ｆ３は共有帯域に比べて、帯域幅は３分の１となる。各基地局において送信可能な電力が一定である場合、帯域幅を削減したことにより電力に余裕が生じるため、その電力をそれぞれの占有帯域に振り向けることが可能であり、この場合、電力密度を共有帯域のものに比べ３倍まで高めることができる。こうすることにより、セルエッジゾーンに位置する端末局のＳＮＲ（Signal to Noise power Ratio：信号対雑音電力比）を向上することが可能になる。

このような割り当てを面的に俯瞰すると、図１０のようになる。セル中心ゾーンにおいては、共有帯域ｆ１＋ｆ２＋ｆ３によって１周波数繰り返しを行い、セルエッジゾーンでは占有帯域ｆ１、ｆ２、ｆ３によって３周波数繰り返しを行う。これにより、セル中心及びセルエッジゾーンの両領域においてセル間干渉を回避しながら通信を行うことが可能となる。

図１１は、ＦＦＲにおける無線通信装置の構成例を示す。図１１において、１はネットワーク、１０は基地局、１１はネットワークインターフェース、１２はＭＡＣ層処理部、１３は送信処理部、１４は受信処理部、１５は通信制御部、１６はスイッチ、１７はアンテナ、１８は無線リソース管理部、２０は端末局である。ここで、図１１における構成は各基地局及び各端末局がそれぞれ１本のアンテナを備えている場合を示しているが、２本以上であっても構わない。もちろん基地局１０及び端末局２０が異なるアンテナ本数であっても構わない。

次に動作を説明する。まず基地局１０側から端末局２０側に信号を送信するダウンリンクについて説明する。ネットワーク１より端末局２０宛てのダウンリンクのデータがネットワークインターフェース１１を介し基地局１０に入力され、続いてＭＡＣ層処理部１２に入力される。ＭＡＣ層処理部１２に入力されたデータは個別バッファ等に一時的に保持される。尚、実際のハードウェアでは物理的なバッファは同じであっても構わず、論理的に個別に管理されていればよい。ＭＡＣ層処理部１２は、基地局１０の通信相手先となる端末局２０を把握し、当該端末局に対応するデータを先の個別バッファより読み出し、データをデータフレーム上に配置するための処理等を実施する。

ここで、無線リソース管理部１８において、端末局２０のデータに割り当てる周波数帯域及び電力、すなわち無線リソースを決定する。まず、ＭＡＣ層処理部１２ではアップリンクの通信等を用いて事前に取得した基地局１０と端末局２０の間の品質を無線リソース管理部１８に入力する。無線リソース管理部１８では、当該品質情報を基に、周波数帯域及び電力といった無線リソースの割り当て、さらにはデータフレーム上のいずれのゾーンに割り当てるかを決定する。例えば、図９に示すように周波数帯域及び電力の割り当ての場合、端末局の受信品質が条件を満たせば全帯域を共有するセル中心ゾーンへ、一方で条件を満たさなければ電力密度を３倍にし、占有帯域のみを用いるセルエッジゾーンへとデータを割り当てる。このようにして決定した端末局のデータに対応する無線リソース情報をＭＡＣ層処理部１２へ入力し、さらにＭＡＣ層処理部１２は送信すべきデータを当該無線リソース情報とともに送信処理部１３へと出力する。

送信処理部１３は、無線回線で送信する無線パケットを生成して変調処理を行う。ここで、例えばＯＦＤＭ（Orthogonal Frequency Division Multiplexing：直交波周波数分割多重）ないしはＯＦＤＭＡ（Orthogonal Frequency Division Multiple Access：直交周波数分割多元接続）変調方式を用いるのであれば、各信号系列の信号に対して周波数成分ごとに変調処理、周波数軸上の信号から時間軸上の信号に変換するＩＦＦＴ処理、ガードインターバルの挿入やＯＦＤＭシンボル間の波形整形処理、Ｄ／Ａ変換、無線周波数信号へのアップコンバート、帯域外の周波数成分を除去するためのフィルタ処理等が行われ、送信すべき電気的な信号を生成する。このとき、基地局１０及び端末局２０が複数本のアンテナを備え、ＭＩＭＯ（Multiple-Input Multiple-Output）による空間多重伝送を行うのであれば、変調処理とＩＦＦＴ処理の間に送信ウェイトの乗算処理を実施してもよい。

また、送信ウェイトの生成には、基地局１０と端末局２０の各アンテナ間のチャネル情報を必要とするが、本図ではその情報の取得ルートを明示せずに、チャネルフィードバック等の既存の技術で取得できているものとする。このように各種の送信信号処理が施された送信信号は、送信処理部１３側へ切り替えられたスイッチ１６を経由し、アンテナ１７を通して各端末局２０に向けて送信される。これによりダウンリンクの通信が行われる。

次に、端末局２０側から基地局１０側に信号を送信するアップリンクについて説明する。端末局２０からアップリンクの信号が基地局１０にて受信されると、受信信号はアンテナ１７を通して受信処理部側１４側へ切り替えられたスイッチ１６を経由し、受信処理部１４に入力される。受信処理部１４では、無線周波数の信号からベースバンドの信号へのダウンコンバート、帯域外の周波数成分を除去するためのフィルタリング、Ａ／Ｄ変換、ＯＦＤＭ（Ａ）を用いる場合にはＦＦＴ処理により時間軸上の信号を周波数軸上の信号に変換（各周波数成分の信号に分離）する等の、各種信号処理が施される。そのようにして処理が施された信号に対してさらに復調処理を施し、再生されたデータをＭＡＣ層処理部１２へ出力する。

また、ＭＩＭＯ伝送を実施する場合には、復調処理を実施する前に、受信信号処理が施された信号から各周波数成分に分離されたチャネル推定用の既知信号（無線パケットの先頭に付与されるプリアンブル信号等）を取得し、各端末局２０のアンテナと、基地局１０の各アンテナとの間のチャネル情報を周波数成分ごとに推定し、その推定結果から受信ウェイトを生成し、当該受信ウェイトを前述の各種信号処理を施した周波数成分ごとの受信信号に対し乗算し、各端末局が同一周波数・同一時刻に送信した信号系列を分離する。

ＭＡＣ層処理部１２は、ＭＡＣ層に関する処理（例えば、ネットワークインターフェース１１に対して入出力するデータと、無線回線上で送受信されるデータとの変換、ＭＡＣ層のヘッダ情報の終端など）を行う。また、ひとつのデータフレームを用いて通信を行う端末局の組み合わせを含む各種スケジューリング処理を行い、スケジューリング結果を通信制御部１５に出力する。ＭＡＣ層処理部１２にて処理された受信データは、ネットワークインターフェース１１を介して外部機器ないしはネットワーク１に出力される。また、送信元の端末局の管理や、全体のタイミング制御など、全体の通信に係る制御を通信制御部１５が管理する。上記通信方法を、各基地局１０が、回線設計上信号を受信可能な各端末局１０に対して個別に実施する。

図１２は、ＦＦＲにおけるスケジューリング処理動作を示すフローチャートである。割り当て処理を開始すると、まずデータバッファから読み込み（ステップＳ４１）、当該データの宛先端末局を把握する（ステップＳ４２）。そして基地局１０と端末局２０間の通信品質を把握する（ステップＳ４３）。ここで、通信品質は、基地局と端末局とで事前に共有できている既知の制御信号を用いて測定することが可能である。また、基地局が通信品質を把握する方法として、端末局において測定した通信品質を基地局へフィードバックする方法や、基地局が直接的に端末局からの制御信号から通信品質を測定する方法がある。これらは、ＷｉＭＡＸ（Worldwide Interoperability for Microwave Access）やＬＴＥ（Long term Evolution）そしてＷｉＦｉ（Wireless Fidelity）等の各種無線通信規格によってそれぞれ定められており、その測定方法や通知の方法はいかなる手段であって構わない。通信品質には例えばＳＩＮＲがあるが、ＳＮＲやその他の基準を用いて構わない。次に、通信品質が条件を満たすか否かを判定し（ステップＳ４４）、条件を満たす（Ｙｅｓ）場合には当該端末局には全帯域を割り当て（ステップＳ４５）、さらに電力を割り当て（ステップＳ４６）、当該端末局に対応するデータをセル中心ゾーンに割り当てる（ステップＳ４７）。一方、条件を満たさない（Ｎｏ）場合、当該端末局には占有帯域のみを割り当て（ステップＳ４８）、さらに電力を割り当て（ステップＳ４９）、当該端末局に対応するデータをセルエッジゾーンに割り当てる（ステップＳ５０）。

ここで、例えば通信品質にＳＩＮＲを用いるのであれば、所定の閾値を条件として設け、ＳＩＮＲが閾値以上となるか否かを判定してもよいし、もしくは閾値に対してある一定の範囲内にて収まるか否か、を判定することとしてもよい。続いて、データフレーム上の各ゾーンにデータを全て割り当てたか、もしくはバッファから読み出すべきデータがなくなったかを判定し（ステップＳ５１）、Ｙｅｓの場合、割り当てを終了し、一方、Ｎｏの場合はステップＳ４１に戻り、次のデータバッファから読み込み、以降の割り当て処理を実施する。

このように、ＦＦＲでは柔軟に周波数資源及び電力を割り当てることによってセル間干渉を回避することが可能になる一方、セルエッジ領域では周波数帯を完全に分割するため、周波数利用効率が低下してしまうという問題がある。

このような問題を解決する方法として非特許文献２に記載の方法がある。図１３は、占有帯域に加え、他セルの占有帯域と一部オーバーラップを許容する共有帯域を定義し、共有帯域にもデータを追加で割り当てる例を示す図である。共有帯域ではセル相互に同一チャネル干渉を与えることになるが、占有帯域の受信品質は高く維持されているため、誤り訂正符号化によって当該セル間干渉への耐性を高めることが可能である。これにより周波数利用効率の向上を図るものである。

3GPP; Huawei, "Soft frequency reuse scheme for UTRAN LTE", R1-050507, May 2005. 増野, 秋元, 中津川, "OFDMA無線システムにおけるサブキャリヤオーバーラップに関する一検討," 電子情報通信学会総合大会講演論文集 2008年, pp.516, Mar.2008

しかしながら、非特許文献２に記載の従来技術では、各周波数帯域に均等に電力を割り当てるため、共有帯域が他のセルに与える同一チャネル干渉の影響が大きく、占有帯域におけるＳＮＲの劣化が大きいという問題がある。これは、符号化による誤り訂正能力の低下につながるおそれがある。周波数利用効率を改善するためには、一部の周波数帯域の重複を許容した割り当て法が有効であるが、互いに同等の電力密度を割り当てると、それぞれの共有帯域が占有帯域へ干渉を及ぼし、占有帯域におけるＳＩＮＲが劣化するという問題がある。さらに、占有帯域のＳＩＮＲの劣化は誤り訂正能力の低下を招き、共有帯域の復号が困難となる結果につながるという問題もある。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、共有帯域に、占有帯域とは異なる電力密度を割り当てることにより占有帯域のＳＩＮＲ（信号対干渉雑音電力比）を確保し、安定した通信と周波数利用効率を向上させることができる無線通信システム、無線通信装置および無線通信方法を提供することを目的とする。

本発明は、複数の基地局と、前記基地局と通信を行う複数の端末局より構成され、前記複数の基地局が前記複数の端末局と無線回線を介して同一周波数帯域を共用しながら通信を行う無線通信システムであって、前記基地局は、前記同一周波数帯域の一部ないしは全てを共有して相互の干渉を許容する共有帯域と、同一周波数帯域の一部をそれぞれ占有して互いに干渉しない占有帯域とに分割した帯域を前記基地局及び前記端末局に対して割り当てる帯域割り当て手段と、前記共有帯域と前記占有帯域にそれぞれ異なる電力を割り当てる電力割り当て手段と、前記共有帯域と前記占有帯域にデータをそれぞれに配置するデータ割り当て手段とを備えたことを特徴とする。

本発明は、前記帯域割り当て手段は、前記共有帯域または前記占有帯域の品質を評価する品質測定手段と、前記品質測定手段において評価した帯域毎の品質が所定の条件を満たすか否かを判定する品質判定手段とを含み、前記品質判定手段において前記共有帯域の品質が条件を満たすと判断された場合に前記共有帯域の割り当てを実施することを特徴とする。

本発明は、前記電力割り当て手段は、前記共有帯域または前記占有帯域の品質を評価する品質測定手段と、前記品質測定手段において評価した帯域毎の品質が所定の条件を満たすか否かを判定する品質判定手段とを含み、前記品質判定手段において前記共有帯域または前記占有帯域の品質が所定の条件を満たすように前記共有帯域または前記占有帯域への電力割り当てを実施することを特徴とする。

本発明は、前記基地局は、隣接する基地局が測定した品質の情報を取得する隣接基地局情報取得手段を備え、前記帯域割り当て手段は、自局において測定した前記共有帯域または前記占有帯域の品質と、隣接する基地局における前記共有帯域または前記占有帯域の品質が所定の条件を満たすと判断された場合に前記共有帯域の割り当てを実施することを特徴とする。

本発明は、前記基地局は、隣接する基地局が測定した品質の情報を取得する隣接基地局情報取得手段を備え、前記電力割り当て手段は、自局において測定した前記共有帯域または前記占有帯域の品質と、隣接する基地局における前記共有帯域または前記占有帯域の品質が所定の条件を満たすように前記共有帯域または前記占有帯域への電力割り当てを実施することを特徴とする。

本発明は、複数の基地局と、前記基地局と通信を行う複数の端末局より構成され、前記複数の基地局が前記複数の端末局と無線回線を介して同一周波数帯域を共用しながら通信を行う無線通信システムにおいて前記基地局として動作する無線通信装置であって、前記同一周波数帯域の一部ないしは全てを共有して相互の干渉を許容する共有帯域と、同一周波数帯域の一部をそれぞれ占有して互いに干渉しない占有帯域とに分割した帯域を前記基地局及び前記端末局に対して割り当てる帯域割り当て手段と、前記共有帯域と前記占有帯域にそれぞれ異なる電力を割り当てる電力割り当て手段と、前記共有帯域と前記占有帯域にデータをそれぞれに配置するデータ割り当て手段とを備えたことを特徴とする。

本発明は、複数の基地局と、前記基地局と通信を行う複数の端末局より構成され、前記複数の基地局が前記複数の端末局と無線回線を介して同一周波数帯域を共用しながら通信を行う無線通信システムが行う無線通信方法であって、前記基地局が、前記同一周波数帯域の一部ないしは全てを共有して相互の干渉を許容する共有帯域と、同一周波数帯域の一部をそれぞれ占有して互いに干渉しない占有帯域とに分割した帯域を前記基地局及び前記端末局に対して割り当てる帯域割り当てステップと、前記基地局が、前記共有帯域と前記占有帯域にそれぞれ異なる電力を割り当てる電力割り当てステップと、前記基地局が、前記共有帯域と前記占有帯域にデータをそれぞれに配置するデータ割り当てステップとを有することを特徴とする。

本発明によれば、共有帯域に、占有帯域とは異なる電力密度を割り当てることにより占有帯域のＳＩＮＲ（信号対干渉雑音電力比）を確保し、安定した通信と周波数利用効率を向上させることができるという効果が得られる。

本発明の第１の実施形態におけるフレーム構成及び周波数帯域と電力の割り当て例を示す図である。 本発明の第２の実施形態におけるフレーム構成及び周波数帯域と電力の割り当て例を示す図である。 本発明の第２の実施形態における周波数の割り当て例を示す図である。 本発明の第２の実施形態におけるスケジューリング処理手順を示す図である。 本発明の第３の実施形態における占有帯域・共有帯域及び電力密度の割り当て例を示す図である。 本発明の第３の実施形態におけるスケジューリング処理手順を示す図である。 本発明の第４の実施形態における無線通信装置の構成例を示す図である。 本発明の第４の実施形態におけるスケジューリング処理手順を示す図である。 ＦＦＲにおけるフレーム構成及び周波数帯域と電力の割り当て例を示す図である。 ＦＦＲにおける周波数の割り当て例を示す図である。 ＦＦＲにおける無線通信装置の構成例を示す図である。 ＦＦＲにおけるスケジューリング処理手順を示す図である。 従来技術におけるフレーム構成及び周波数帯域と電力の割り当て例を示す図である。

＜第１の実施形態＞
以下、図面を参照して、本発明の一実施形態による無線通信システムを説明する。図１は同実施形態における周波数帯域と電力の割り当て例を示す図である。まず、本発明の基本的な概念について説明する。ここでは、同一周波数帯域を共用し互いに隣接する３つの基地局における無線リソース割り当てを例に説明する。これまでに用いていた共有帯域及び占有帯域の単位は、ＯＦＤＭにおけるサブキャリアないしは複数のサブキャリアをまとめたサブチャネルとして置き換えてもよい。本実施形態において基地局＃１、＃２、＃３は、同一周波数帯域の複数の帯域について、一部の帯域を占有帯域として用い、また一部の帯域を共有して相互の干渉を許容するが、他の基地局が用いる占有帯域に可能な限り干渉を与えないように共有帯域を割り当てることを特徴とする。

図１に示す例では、各基地局で使用するひとつの周波数帯域をそれぞれ３つの周波数帯域に分割し、周波数帯域１０１は基地局＃１、周波数帯域１０２は基地局＃２、周波数帯域１０３は基地局＃３の占有帯域として割り当てる。さらに、基地局＃１は周波数帯域１０２、１０３の一部を共有帯域として割り当てるが、占有帯域１０１とは異なる電力密度にて割り当てる。基地局＃２は周波数帯域１０３を共有帯域として割り当てるが、占有帯域１０２とは異なる電力密度にて割り当てる。そして、基地局＃３は共有帯域を割り当てず、占有帯域１０３のみを用いる。このように、占有帯域のみ、もしくは共有帯域を２つまたは３つの基地局間で共有するが、例えばこのとき、それぞれの基地局において、共有帯域には占有帯域よりも小さい電力密度にて割り当てる。そうすることで、当該共有帯域が他の基地局にて用いる占有帯域への与干渉を抑えることが可能になる。

このようにして割り当てた共有帯域及び占有帯域に誤り訂正符号により符号化されたデータを割り当て、基地局＃１、＃２、＃３の各無線エリア内の端末局では、干渉のない周波数帯域１０１と干渉を許容した周波数帯域１０２、１０３を含めて受信処理することになるが、誤り訂正復号による誤り訂正効果により、受信品質が低い（ＳＩＮＲの小さい）と予想される共有帯域における誤り発生を抑圧することができる。しかも、従来の帯域共有方法とは異なり、共有帯域における電力密度を小さくすることで、占有帯域への干渉を低減し、占有帯域における受信品質を向上できるため、誤り訂正の効果を改善する。その結果、共有帯域を有効活用し、周波数利用効率を高めることが可能になる。

＜第２の実施形態＞
図２は、本発明の第２の実施形態におけるフレーム構成及び周波数帯域と電力の割り当て例を示す図である。図３は、このときの面的な周波数の割り当て例を示す図である。ここでは、端末局の受信品質に従い、共有帯域及び占有帯域を割り当てる場合を例にとって説明する。本実施形態における無線通信装置の構成は図１１に示すものと同様であるが、無線リソース管理部１８において、測定した端末局の受信品質を用いて割り当てる占有帯域幅と共有帯域幅を決定し、さらに共有帯域が他セルの占有帯域へ与える干渉を抑えるようにそれぞれの電力を決定する点が従来とは異なる。

また、図２に示すように、図９に示した従来のＦＦＲのフレーム構成とは異なり、セル中心ゾーン２０１とセルエッジゾーン２０３だけでなく、占有帯域を共有帯域の両方を割り当てるゾーンを設ける。これを帯域共有ゾーン２０２とする。セル中心ゾーン２０１では全ての帯域を共有し（ｆ１＋ｆ２＋ｆ３）、セルエッジゾーンではそれぞれの各基地局で使用するひとつの周波数帯域をそれぞれ３つの周波数帯域に分割し、周波数帯域１０１（ｆ１）は基地局＃１、周波数帯域１０２（ｆ２）は基地局＃２、周波数帯域１０３（ｆ３）は基地局＃３を占有帯域としてセルエッジゾーン２０３に割り当てる。

帯域共有ゾーンでは、基地局＃１には占有帯域１０１に加え、共有帯域１０２を（ｆ１＋ｆ２）、基地局＃２には占有帯域１０２に加え、共有帯域１０３を（ｆ２＋ｆ３）、基地局＃３には占有帯域１０３に加え、共有帯域１０１を（ｆ１＋ｆ３）割り当てるものとする。また、各共有帯域では占有帯域とは異なる電力密度を割り当て、他セルの占有帯域への干渉を低減する。これを図３のように面的に俯瞰した場合、従来のＦＦＲでは境界となっていた領域を帯域共有ゾーンとすることになり、当該領域における周波数利用効率の改善を図ることが可能になる。当該帯域共有ゾーンでは、各帯域（ｆ１、ｆ２、ｆ３）は一部の隣接するセル間から干渉を受けることになるが、共有帯域に占有帯域よりも小さい電力を割り当てていれば、その干渉の影響は小さく抑えられる。

次に、図４を参照して、スケジューリング処理動作を説明する。図４は、第２の実施形態におけるスケジューリング処理動作を示すフローチャートである。まず、基地局は、割り当て処理を開始すると、データバッファからデータを読み込み（ステップＳ１）、当該データの宛先端末局を把握する（ステップＳ２）。そして、基地局は、基地局と端末局間の通信品質を把握する（ステップＳ３）。ここで、通信品質は、基地局と端末局とで事前に共有できている既知の制御信号を用いて測定することが可能である。また、基地局が通信品質を把握する方法として、端末局において測定した通信品質を基地局へフィードバックする方法や、基地局が直接的に端末局からの制御信号から通信品質を測定する方法がある。これらは、ＷｉＭＡＸやＬＴＥそしてＷｉＦｉ等の各種無線通信規格によってそれぞれ定められており、その測定方法や通知の方法はいかなる手段であって構わない。通信品質には例えばＳＩＮＲがあるが、ＳＮＲやその他の基準を用いて構わない。次に、基地局は、全帯域における通信品質が条件を満たすか否かを判定し（ステップＳ４）、条件を満たす（Ｙｅｓ）場合には当該端末局には全帯域を共有帯域として割り当て（ステップＳ５）、続けて電力を割り当て（ステップＳ６）、当該端末局に対応するデータをセル中心ゾーンに割り当てる（ステップＳ７）。

一方、条件を満たさない（Ｎｏ）場合、基地局は、当該端末局には占有帯域のみを割り当て（ステップＳ８）、続けて電力を割り当てる（ステップＳ９）。ここで、例えば通信品質にＳＩＮＲを用いるのであれば、占有帯域及び共有帯域それぞれに所定の閾値を条件として設け、ＳＩＮＲが閾値以上となるか否かを判定してもよいし、もしくは閾値に対してある一定の範囲内にて収まるか否か、を判定することとしてもよい。

次に、基地局は、占有帯域における通信品質が条件を満たすか否かを判定し（ステップＳ１０）、条件を満たす（Ｙｅｓ）場合は、占有帯域の品質が十分良く、共有帯域を用いる場合の受信誤りを誤り訂正符号によりカバー可能であると考えられることから、追加で共有帯域を割り当て（ステップＳ１１）、さらに当該共有帯域に電力を割り当てる（ステップＳ１２）。このとき、共有帯域幅及び電力は、予め定められた所定の値でも良いし、共有帯域における通信品質や、共有帯域が他の占有帯域に与える干渉量などに基づき割り当てても良く、その設定方法はいかなるものであって構わない。続いて、基地局は、バッファより読み込んだ当該端末局に対応するデータを共有ゾーンに割り当てる（ステップＳ１３）。

一方、条件を満たさない（Ｎｏ）場合、基地局は、最低限の通信品質を確保するため、当該端末局には占有帯域のみを割り当てるものとし、当該端末局に対応するデータをセルエッジゾーンに割り当てる（ステップＳ１４）。続いて、基地局は、データフレーム上の各ゾーンにデータを全て割り当てたか、もしくはバッファから読み出すべきデータがなくなったかを判定し（ステップＳ１５）、Ｙｅｓの場合、割り当てを終了し、一方、Ｎｏの場合は最初のステップＳ１に戻り、次のデータバッファから読み込み、以降の割り当て処理を実施する。

このようにして割り当てた共有帯域及び占有帯域に誤り訂正符号により符号化されたデータを割り当て、変調処理を施したのち送信する。各基地局の無線エリア内の、帯域共有ゾーンに位置する端末局では、一部のセル間において干渉を許容した帯域を含めて受信処理することになるが、誤り訂正復号による誤り訂正効果により、受信品質が低い（ＳＩＮＲの小さい）と予想される共有帯域における誤り発生を抑圧することができる。しかも、従来の帯域共有方法とは異なり、共有帯域における電力密度を小さくすることで、占有帯域への干渉を低減し、占有帯域における受信品質を向上できるため、誤り訂正の効果を改善する。その結果、周波数利用効率を高めることが可能になる。

＜第３の実施形態＞
図５は、本発明の第３の実施形態における占有帯域・共有帯域及び電力密度の割り当て例を示す図である。本実施形態では、予め複数の共有ゾーン、及びセル中心ゾーンとセルエッジゾーンが定められており、基地局と端末局の通信品質に基づいて割り当てる無線リソースを決定する場合を例として説明する。本実施形態における無線通信装置の構成は図１１に示すものと同様であるが、無線リソース管理部１８において、測定した端末局の受信品質を用いて割り当てる占有帯域幅と共有帯域幅を決定し、さらに共有帯域が他セルの占有帯域へ与える干渉を抑えるようにそれぞれの電力を決定する点が従来とは異なる。

図５に示す表には、６つの無線リソース割り当てパターンが用意され、それぞれ異なる占有帯域・共有帯域及び電力密度の値が用意されている。ここでは、図２に示すように、ひとつの周波数帯域が３つに分割されている場合の例とする。占有帯域幅が１／３、共有帯域幅を２／３〜０まで段階的に設定する。一方、割り当てる電力をそれぞれの帯域幅に従い異なる電力密度となるように設定する。ここでは、基地局の送信可能な電力が一定であるとし、割り当てる総電力が各パターンにおいて一定値となるようにしているが、必ずしもそうである必要はない。このように設定した無線リソース割り当てパターンに従い、端末局宛てのデータに対してスケジューリング処理を実施する。

次に、図６を参照して、スケジューリング処理動作を説明する。図６は、第３の実施形態におけるスケジューリング処理動作を示すフローチャートである。まず、基地局は、割り当て処理を開始すると、まずデータバッファからデータを読み込み（ステップＳ２１）、当該データの宛先端末局を把握する（ステップＳ２２）。そして、基地局は、基地局と端末局間の通信品質を把握する（ステップＳ２３）。ここで、通信品質とは、例えばＳＩＮＲがあるが、ＳＮＲやその他の基準を用いて構わない。

次に、基地局は、最大値がＭである繰り返し変数ｍに１を代入し（ステップＳ２４）、割り当てパターンの決定処理を行う。割り当てパターンｍの場合における占有帯域と共有帯域、及び電力を仮に割り当てた（ステップＳ２５）後、ｍ＝Ｍであるか、もしくは占有帯域と共有帯域それぞれの通信品質を仮割り当て後の推定値を基に評価し、条件を満たすか否かを判定する（ステップＳ２６）。ここで、例えば通信品質にＳＩＮＲを用いるのであれば、占有帯域及び共有帯域それぞれに所定の閾値を条件として設け、ＳＩＮＲが閾値以上となるか否かを判定してもよいし、もしくは閾値に対してある一定の範囲内にて収まるか否か、を判定することとしてもよい。また、仮割り当て後のＳＩＮＲないしはＳＮＲの推定値は、電力の初期値に対して仮割り当てによる電力の変動の差分を増減させることで求めることが可能である。

判定ステップにて条件を満たさない（Ｎｏ）場合、基地局は、変数ｍに１を追加し（ステップＳ２７）、ステップＳ２５に戻る。一方、判定ステップにて条件を満たす（Ｙｅｓ）場合、当該端末局へのデータを第ｍゾーンへ割り当て（ステップＳ２８）、各ゾーンにデータを割り当てたか否か、もしくはバッファに送信すべきデータが残っていないか否かを判定し（ステップＳ２９）、Ｙｅｓの場合、割り当て処理を終了する。一方Ｎｏの場合、最初のステップＳ２１に戻り、以降の割り当て処理を実施する。

このようにして割り当てた共有帯域及び占有帯域に誤り訂正符号により符号化されたデータを割り当て、変調処理を施したのち送信する。各基地局の無線エリア内の、帯域共有ゾーンに位置する端末局では、一部のセル間において干渉を許容した帯域を含めて受信処理することになるが、誤り訂正復号による誤り訂正効果により、受信品質が低い（ＳＩＮＲの小さい）と予想される共有帯域における誤り発生を抑圧することができる。しかも、従来の帯域共有方法とは異なり、共有帯域における電力密度を小さくすることで、占有帯域への干渉を低減し、占有帯域における受信品質を向上できるため、誤り訂正の効果を改善する。その結果、周波数利用効率を高めることが可能になる。

＜第４の実施形態＞
図７は、本発明の第４の実施形態における無線通信装置の構成を示すブロック図である。本実施形態の特徴は、図１１に示す従来の装置構成に加え、基地局連携制御部１９を備えることにより、隣接する複数の基地局において連携動作が可能となり、それぞれ取得した端末局との通信品質に関する情報を相互に交換しながら割り当てる無線リソースを決定するところにある。基地局連携制御部１９は、ネットワークインターフェース１１を介して自基地局と端末局間の通信品質及び無線リソースの割り当てに関する情報を隣接する基地局へ送信し、また隣接する基地局と端末局の通信品質及び無線リソースの割り当てに関する情報を受信することを可能とする。また、無線リソース管理部１８において、自基地局において測定した通信品質と、隣接する基地局から取得した通信品質情報を用いて割り当てる占有帯域幅と共有帯域幅を決定し、さらに共有帯域が他セルの占有帯域へ与える干渉を抑えるようにそれぞれの電力を決定する。本実施形態では、上記の点を除き、図１１に示すものと同様の構成である。

これまでに説明した実施形態では、自基地局が通信相手となる端末局の品質のみを考慮して無線リソースを割り当てるが、これでは他の基地局と通信を行う端末局に与える干渉量が変化してしまう恐れがある。そこで本実施形態では、自基地局において測定した通信品質と、隣接端末局において測定した通信品質を複数の基地局との間で交換し、相互の通信品質情報を割り当ての基準として用いることにより、システム全体として最適な無線リソースを割り当てることを可能とする。

次に、図８を参照して、スケジューリング処理動作を説明する。図８は、第４の実施形態におけるスケジューリング処理動作を示すフローチャートである。まず、基地局１０は、割り当て処理を開始すると、データバッファからデータを読み込み（ステップＳ３１）、当該データの宛先端末局を把握する（ステップＳ３２）。そして、基地局１０は、基地局１０と端末局２０間の第１の通信品質を把握する（ステップＳ３３）。ここで、通信品質とは、例えばＳＩＮＲがあるが、ＳＮＲやその他の基準を用いて構わない。次に、基地局１０の無線リソース管理部１８は、隣接する基地局が上記までの手順で取得した第２の通信品質を、基地局連携制御部１９を介して取得する（ステップＳ３４）。このとき、第２の通信品質を取得する対象の隣接基地局は任意の局数であって構わない。そして、無線リソース管理部１８は、第１の通信品質と第２の通信品質が同時に条件を満たすように占有帯域・共有帯域、及びそれぞれの電力を割り当てる（ステップＳ３５）。

ここで、例えば通信品質にＳＩＮＲを用いるのであれば、占有帯域及び共有帯域それぞれに所定の閾値を条件として設け、自局が設定した電力（Ｓ）と、他局が設定した電力により受ける干渉電力（Ｉ）から算出したＳＩＮＲの推定値が閾値以上となるか否かを判定してもよいし、もしくは閾値に対してある一定の範囲内にて収まるか否か、を判定することとしてもよい。また、ここでの無線リソースの割り当て方法は、上述した実施形態に基づいても構わないし、その他の方法であって構わない。

次に、割り当てられた無線リソースに、宛先となる端末局２０に対応するデータを割り当て（ステップＳ３６）、データフレーム上の各ゾーンにデータを割り当てたか否か、もしくはバッファに送信すべきデータが残っていないか否かを判定し（ステップＳ３７）、Ｙｅｓの場合、割り当て処理を終了する。一方Ｎｏの場合、最初のステップＳ３１に戻り、以降の割り当て処理を実施する。

このようにして割り当てた共有帯域及び占有帯域に誤り訂正符号により符号化されたデータを割り当て、変調処理を施したのち送信する。各基地局の無線エリア内の、帯域共有ゾーンに位置する端末局では、一部のセル間において干渉を許容した帯域を含めて受信処理することになるが、誤り訂正復号による誤り訂正効果により、受信品質が低い（ＳＩＮＲの小さい）と予想される共有帯域における誤り発生を抑圧することができる。しかも、従来の帯域共有方法とは異なり、共有帯域における電力密度を小さくすることで、占有帯域への干渉を低減し、占有帯域における受信品質を向上できるため、誤り訂正の効果を改善する。さらには、複数の基地局が連携することで自基地局のものと併せて隣接する基地局における通信品質情報を把握することが可能となり、システム全体において最適な無線リソースを割り当てることが可能となる。その結果、周波数利用効率を高めることが可能になる。

以上説明したように、一部の周波数帯域の重複を許容する割り当て方式において、重複を許容する共有帯域の電力密度を、占有帯域とは異なる電力密度により、占有帯域へ与える干渉を抑えるように割り当てることで、占有帯域のＳＩＮＲを向上し、誤り訂正符号の効果を高め、周波数利用効率を改善することが可能になる。

なお、図１における処理部の機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することにより無線通信処理を行ってもよい。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、ＯＳや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムが送信された場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリ（ＲＡＭ）のように、一定時間プログラムを保持しているものも含むものとする。

また、上記プログラムは、このプログラムを記憶装置等に格納したコンピュータシステムから、伝送媒体を介して、あるいは、伝送媒体中の伝送波により他のコンピュータシステムに伝送されてもよい。ここで、プログラムを伝送する「伝送媒体」は、インターネット等のネットワーク（通信網）や電話回線等の通信回線（通信線）のように情報を伝送する機能を有する媒体のことをいう。また、上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであってもよい。さらに、前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるもの、いわゆる差分ファイル（差分プログラム）であってもよい。

複数の基地局が面的に展開された無線アクセスシステムにおいて、各基地局が柔軟に無線リソース割り当てを行うことが不可欠な用途に適用できる。

１・・・ネットワーク
１０・・・基地局
１１・・・ネットワークインターフェース
１２・・・ＭＡＣ層処理部
１３・・・送信処理部
１４・・・受信処理部
１５・・・通信制御部
１６・・・スイッチ
１７・・・アンテナ
１８・・・無線リソース管理部
１９・・・基地局連携制御部
２０・・・端末局
１０１・・・基地局＃１の占有帯域
１０２・・・基地局＃２の占有帯域
１０３・・・基地局＃３の占有帯域
２０１・・・セル中心ゾーン
２０２・・・帯域共有ゾーン
２０３・・・セルエッジゾーン

Claims (6)

1. 複数の基地局と、前記基地局と通信を行う複数の端末局より構成され、前記複数の基地局が前記複数の端末局と無線回線を介して同一周波数帯域を共用しながら通信を行う無線通信システムであって、
   前記基地局は、
   前記同一周波数帯域の一部ないしは全てを共有して相互の干渉を許容する共有帯域と、同一周波数帯域の一部をそれぞれ占有して互いに干渉しない占有帯域とに分割した帯域を前記基地局及び前記端末局に対して割り当てる帯域割り当て手段と、
   前記共有帯域と前記占有帯域にそれぞれ異なる電力を割り当てる電力割り当て手段と、
   前記共有帯域と前記占有帯域にデータをそれぞれに配置するデータ割り当て手段と
   を備え、
   前記帯域割り当て手段は、
   前記基地局と前記端末局とで事前に共有できている既知の制御信号を用いて前記占有帯域の品質を評価する品質測定手段と、
   前記品質測定手段において評価した前記占有帯域の品質が所定の条件を満たすか否かを判定する品質判定手段とを含み、
   前記品質判定手段において前記占有帯域の品質が条件を満たすと判断された場合に前記共有帯域の割り当てを実施することを特徴とする無線通信システム。
2. 前記電力割り当て手段は、
   前記共有帯域または前記占有帯域の品質を評価する第２の品質測定手段と、
   前記第２の品質測定手段において評価した帯域毎の品質が所定の条件を満たすか否かを判定する第２の品質判定手段とを含み、
   前記第２の品質判定手段において前記共有帯域または前記占有帯域の品質が所定の条件を満たすように前記共有帯域または前記占有帯域への電力割り当てを実施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。
3. 前記基地局は、隣接する基地局が測定した品質の情報を取得する隣接基地局情報取得手段を備え、
   前記帯域割り当て手段は、
   自局において測定した前記共有帯域または前記占有帯域の品質と、隣接する基地局における前記共有帯域または前記占有帯域の品質が所定の条件を満たすと判断された場合に前記共有帯域の割り当てを実施することを特徴とする請求項１または２に記載の無線通信システム。
4. 前記基地局は、隣接する基地局が測定した品質の情報を取得する隣接基地局情報取得手段を備え、
   前記電力割り当て手段は、
   自局において測定した前記共有帯域または前記占有帯域の品質と、隣接する基地局における前記共有帯域または前記占有帯域の品質が所定の条件を満たすように前記共有帯域または前記占有帯域への電力割り当てを実施することを特徴とする請求項１または２に記載の無線通信システム。
5. 複数の基地局と、前記基地局と通信を行う複数の端末局より構成され、前記複数の基地局が前記複数の端末局と無線回線を介して同一周波数帯域を共用しながら通信を行う無線通信システムにおいて前記基地局として動作する無線通信装置であって、
   前記同一周波数帯域の一部ないしは全てを共有して相互の干渉を許容する共有帯域と、同一周波数帯域の一部をそれぞれ占有して互いに干渉しない占有帯域とに分割した帯域を前記基地局及び前記端末局に対して割り当てる帯域割り当て手段と、
   前記共有帯域と前記占有帯域にそれぞれ異なる電力を割り当てる電力割り当て手段と、
   前記共有帯域と前記占有帯域にデータをそれぞれに配置するデータ割り当て手段と
   を備え、
   前記帯域割り当て手段は、
   前記基地局と前記端末局とで事前に共有できている既知の制御信号を用いて前記占有帯域の品質を評価する品質測定手段と、
   前記品質測定手段において評価した前記占有帯域の品質が所定の条件を満たすか否かを判定する品質判定手段とを含み、
   前記品質判定手段において前記占有帯域の品質が条件を満たすと判断された場合に前記共有帯域の割り当てを実施することを特徴とする無線通信装置。
6. 複数の基地局と、前記基地局と通信を行う複数の端末局より構成され、前記複数の基地局が前記複数の端末局と無線回線を介して同一周波数帯域を共用しながら通信を行う無線通信システムが行う無線通信方法であって、
   前記基地局が、前記同一周波数帯域の一部ないしは全てを共有して相互の干渉を許容する共有帯域と、同一周波数帯域の一部をそれぞれ占有して互いに干渉しない占有帯域とに分割した帯域を前記基地局及び前記端末局に対して割り当てる帯域割り当てステップと、
   前記基地局が、前記共有帯域と前記占有帯域にそれぞれ異なる電力を割り当てる電力割り当てステップと、
   前記基地局が、前記共有帯域と前記占有帯域にデータをそれぞれに配置するデータ割り当てステップと
   を有し、
   前記帯域割り当てステップでは、
   前記基地局と前記端末局とで事前に共有できている既知の制御信号を用いて前記占有帯域の品質を評価する品質測定ステップと、
   前記品質測定ステップにおいて評価した前記占有帯域の品質が所定の条件を満たすか否かを判定する品質判定ステップとを含み、
   前記品質判定ステップにおいて前記占有帯域の品質が条件を満たすと判断された場合に前記共有帯域の割り当てを実施することを特徴とする無線通信方法。

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