JP6174640B2 - 基地局および無線通信方法 - Google Patents

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Description

本発明は、無線通信を行う基地局および無線通信方法に関する。
ＰＨＳ（Personal Handy-phone System）の周波数帯域として、１８８４．５ＭＨｚから１９１５．７ＭＨｚまでが割り当てられているが、そのうち、１８９３．５ＭＨｚから１９０６．１ＭＨｚまでが公衆と自営の共用帯域である。この共用帯域には、公衆ＰＨＳ、自営ＰＨＳ、ＤＥＣＴ（Digital Enhanced Cordless Telecommunications）等が利用可能となっている。
今後、この共用帯域では、Ｍ２Ｍ（Machine-to-Machine）、ＩｏＴ（Internet of Things）などの実現するＸＧＰ（eXtended Global Platform）の無線通信方式が使用されることが期待されており、高速かつ低遅延等の高品質な通信サービスが想定されている。
例えば、ＸＧＰ方式が使用するＴＤ−ＬＴＥ（Time Division duplex - Long Term Evolution）の無線通信方式において、伝送に用いられる搬送波（キャリア）は１．４ＭＨｚ、３ＭＨｚ、５ＭＨｚ、１０ＭＨｚ、２０ＭＨｚの周波数帯域幅（以下、帯域幅という。）を取り得ることができる（非特許文献１、２等）。各帯域幅に含まれるリソースブロック（ＲＢ）の数は夫々６ＲＢ、１５ＲＢ、２５ＲＢ、５０ＲＢ、１００ＲＢであり、当該帯域幅が広くなるほど通信速度が高速になる。
上述の共用帯域で、ＴＤ−ＬＴＥ方式の基地局が比較的広い帯域幅を使用すると、他の無線通信方式で使用しているシステムに干渉の影響を及ぼす恐れがある。
従って、上記のような事項に鑑みてなされた本発明の目的は、無線通信における共用帯域で、他の無線通信システムで使用している無線通信システムに与える干渉の影響を回避しようとする基地局および無線通信方法を提供するものである。
本発明の基地局は、他の無線通信システムと同じ周波数帯を共用する無線通信システムの基地局において、前記他の無線通信システムが前記周波数帯を使用していない場合、前記他の無線通信システムの周波数幅のキャリアよりもスループットが向上する自システムの広周波数幅のキャリアを使い、前記他の無線通信システムが前記周波数帯を使用している場合、前記他の無線通信システムの周波数幅より狭い自システムの狭周波数幅のキャリアを使う構成を有している。
また、本発明の基地局は、前記他の無線通信システムが前記周波数帯を使用していない場合、前記広周波数幅のキャリアと前記狭周波数幅のキャリアを時間的に切り換えて交互に使う構成を有している。
また、本発明の基地局は、前記他の無線通信システムは、第１の無線通信システムおよび前記第１の無線通信システムの周波数幅のキャリアより狭い第２の無線通信システムを含み、前記第１の無線通信システムが前記周波数帯を使用していない場合で、前記第２の無線通信システムが前記周波数帯を使用している場合、前記広周波数幅より狭く、前記他の無線通信システムの周波数幅よりもスループットが向上する自システムの中周波数幅のキャリアを使う構成を有している。
また、本発明の基地局は、前記第１の無線通信システムが前記周波数帯を使用していない場合で、前記第２の無線通信システムが前記周波数帯を使用している場合、前記中周波数幅のキャリアと前記狭周波数幅のキャリアを時間的に切り換えて交互に使う構成を有している。
また、本発明の基地局は、前記広周波数幅のキャリアを使用する際に、初回は前記広周波数幅のキャリアを短時間で使用し、その後徐々に前記広周波数幅のキャリアを長時間で使用する構成を有している。
本発明の無線通信方法は、他の無線通信システムと同じ周波数帯を共用する無線通信システムの無線通信方法において、前記他の無線通信システムが前記周波数帯を使用していない場合、前記他の無線通信システムの周波数幅よりもスループットが向上する自システムの広周波数幅のキャリアを使うステップと、前記他の無線通信システムが前記周波数帯を使用している場合、前記他の無線通信システムの周波数幅より狭い自システムの狭周波数幅のキャリアを使うステップと、を有する。
本発明の基地局および無線通信方法は、無線通信における共用帯域で、他の無線通信システムに与える干渉の影響を回避しようとするものである。
本発明の実施の形態に係る無線通信の運用を示す図である。 本発明の実施の形態に係る共用帯について説明するための図である。 本発明の実施の形態に係るキャリアについて説明するための図である。 本発明の実施形態に係る対象となる基地局のブロック図である。 本発明の実施の形態に係る動作例を示すフローチャートである。
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。
図１は、本発明の実施の形態に係る無線通信の運用を示す図である。図１には、複数の無線通信方式に対応した無線通信システムが運用されており、それぞれの無線通信方式に対応した無線端末１０、基地局３０、および基地局３０を制御する制御装置２０を有している。
例えば、無線端末１０ｐおよび基地局３０ｐは、無線通信方式Ｐに対応しており、無線端末１０ｘおよび基地局３０ｘは、無線通信方式Ｘに対応しており、無線端末１０ｄおよび基地局３０ｄは、無線通信方式Ｄに対応している。
本発明の実施の形態では、基地局３０ｘが存在することを前提としているが、基地局３０ｐまたは基地局３０ｄのうち少なくとも１つは、基地局３０ｘの周辺に存在することもあれば、存在しないこともある。例えば、無線ネットワークが自営で運営されるときに、基地局３０ｐまたは基地局３０ｄのうち少なくとも１つは、存在することがある。
なお、図１では、無線通信方式について３種類の方式を示しているが、３種類に限定することは無い。
これらの無線通信方式は、同じ周波数帯を共用する共用帯で運用される。共用帯を次に説明する。
図２は、本発明の実施の形態に係る共用帯について説明するための図である。
例えば、共用帯は、図２で示したように、公衆で用いられる周波数帯域である公衆帯との間にある。この共用帯は、無線通信方式Ｐ、無線通信方式Ｘ、無線通信方式Ｄ（以下、単にそれぞれを方式Ｐ、方式Ｘ、方式Ｄという）が使用されている。これらの無線通信方式は、共用帯で全て使用されている訳ではない。病院、事業所等の施設や特定のエリアなどで、１つ以上の無線通信方式が使用されることがあるが、１つも使用されていないこともある。
次に、共用帯で用いられる周波数幅のキャリアについて説明する。
図３は、本発明の実施の形態に係るキャリアについて説明するための図である。
方式Ｄのシステム（第１の無線通信システム）については、図３に示したように共用帯のうち、所定の周波数幅をもつキャリアが５つあり、最大で５つのキャリアが使用される。
方式Ｘのシステムについては、ＴＤ−ＬＴＥ方式を使用することを想定しており、図３に示したように共用帯のうち、１．４ＭＨｚ幅の周波数幅をもつキャリアが５つあり、最大で５つのキャリアが使用される。また、他の形態として、図３に示したように共用帯のうち、３ＭＨｚ幅の周波数幅をもつキャリアが２つあり、最大で２つのキャリアが使用される。また、他の形態として、図３に示したように共用帯のうち、５ＭＨｚ幅の周波数幅をもつキャリアが１つある。
方式Ｐ（第２の無線通信システム）のシステムについては、図３に示したように共用帯のうち、所定の周波数幅をもつキャリアが１８つあり、最大で１８つのキャリアが使用される。
なお、方式Ｘの１．４ＭＨｚ幅（狭周波数幅）のキャリアのスループットは、方式Ｄのキャリアのスループットより低く、方式Ｘの３ＭＨｚ幅（広周波数幅または中周波数幅）および５ＭＨｚ幅（広周波数幅）のキャリアのスループットは、方式Ｄのキャリアのスループットより高い。ただし、方式Ｘの３ＭＨｚ幅および５ＭＨｚ幅のキャリアは、広帯域であるため、他の無線通信システムに干渉を与える恐れがある。
次に、本発明の実施の形態に係る基地局について説明する。
図４は、方式Ｘに係る基地局のブロック図である。
基地局３０ｘは、２つの無線部３１、３２、キャリアセンスに関わる検出部３３、無線信号を処理する信号処理部３４、各種動作を制御する制御部３５、およびネットワークとの通信を行う回線部３６を有する。
無線部３１は、ＴＤ−ＬＴＥ方式で無線通信を行う。無線部３１の受信部は、無線端末１０ｘから受信した無線信号を信号処理部３４に出力する。無線部３１の送信部は、信号処理部３４から出力された情報を無線信号として無線端末１０ｘに送信する。
無線部３２は、例えば、無線部３１の通信中にキャリアセンスを行うようになっている。無線部３２の受信部は、受信した無線信号を信号処理部３４に出力する。無線部３２の送信部は、信号処理部３４から出力された情報を無線信号とし送信する。
検出部３３は、無線信号からキャリアを検出し、キャリアセンスしたときのキャリアセンス情報を制御部３５に出力するようになっている。
信号処理部３４は、無線部３１および無線部３２の受信部からの無線信号を処理し、得られた情報を制御部３５に出力するようになっている。また、信号処理部３４は、制御部３５から出力された情報を無線部３１および無線部３２の送信部に無線信号として出力するようになっている。
制御部３５は、ＣＰＵやメモリ等で構成されており、各種動作を制御し、回線部３６は、制御装置２０ｘやネットワークと通信するためのネットワークインタフェースである。
次に、基地局３０ｘの制御部３５の動作について説明する。
基地局３０ｘは、図３で説明したように、１．４ＭＨｚ、３ＭＨｚ、５ＭＨｚの周波数幅のキャリアを使用するが、３ＭＨｚ、５ＭＨｚのキャリアを使用すると、共用帯で他の無線通信システムで使用できなくなる恐れがあるため、３ＭＨｚ、５ＭＨｚのキャリアの使用を制限する。
例えば、基地局３０ｘは、以下のような動作を実行する。
・基地局３０ｘは、通信開始時に、キャリアセンスを行い運用している他の無線通信システムの有無を検出する。他の無線通信システムを検出した場合、検出した他の無線通信システムへの影響が小さくなる（共存可能）な動作を選択して運用を開始する。
・基地局３０ｘは、運用中もキャリアセンスを行い、更に他の無線通信システムが検出された場合、そのシステムへの影響が小さくなる動作に切り替えて運用を継続する。
・他の無線通信システムへの影響が小さくなる動作とは、他の無線通信システムへの予干渉を小さくする動作を指し、例えば、現動作で使用している周波数チャネル数（波数）を減らす、周波数帯域幅を縮小する、送信出力を小さくする、送信時間を短くする（送信のデューティを小さくする）などを指す。
・基地局３０ｘは、他の無線通信システムが一定時間検出されない場合は、上記の動作とは逆に、他の無線通信システムへの影響が大きくなる動作を行う。
・上記の影響を与える動作は、検出したシステム、他の無線通信システムを検出したときのレベル、検出した頻度などを考慮して決定される。
・運用中には、複数の動作を切り替えることも含む。例えば、広い周波数帯域幅のキャリアに切り替え後、動作を一定時間運用した後、切り替えて狭い周波数帯域幅のキャリアで一定期間運用する。或いは、周波数チャネル数を多く使う動作を一定期間運用した後、周波数チャネル数が少ない動作を行うなどを指す。
・基地局３０ｘは、複数の動作を切り替える場合、各動作が運用する時間は、キャリアセンスの結果を反映する。例えば、キャリアセンスで他の無線通信システムを検出しない時間が長い場合、他の無線通信システムへの影響が大きくなる動作の方（例えば、周波数帯域幅が広い方、周波数チャネル数が多い方、等々）の運用時間を長くする、逆に、他の無線通信システムを検出した場合は、他の無線通信システムへの影響が小さくなる動作を長くすることなどを指す。
・共用している周波数帯の広さが変化した場合は、キャリアセンスで選択する動作も変更することを含む。例えば、周波数幅が拡大された場合、キャリアセンスで検出したシステム、検出レベル、検出頻度が同じでも拡大前の動作とは異なる動作（例えば、他の無線通信システムへの影響が大きい）を選択することを含む。また、共用する周波数帯が縮小した場合は、上記と逆の動作を行うことも含む。
・他の無線通信システムは、自己が運用しているシステムでないという意味であり、無線通信方式としては、同じ方式、異なる方式の両方を含む。
次に、基地局３０ｘの制御部３５の動作の一例についてフローチャートを用いて説明する。図５は、本発明の実施の形態に係る動作例を示すフローチャートである。
まず、制御部３５は、無線通信を開始する際に、長時間（例えば、２４時間など）キャリアセンスして、方式Ｄおよび方式Ｐのキャリアが検出されなかったかを確認する（Ｓ１１）。
双方のキャリアが検出されなかった場合、制御部３５は、５ＭＨｚのキャリアと１．４ＭＨｚのキャリアを交互に使用する（Ｓ１２）。例えばこの場合、制御部３５は、図３のように、５ＭＨｚのキャリアを一定時間（例えば、３時間など）運用した後、１．４ＭＨｚのキャリアに切り替えて一定時間（例えば、１時間など）運用し、再度、５ＭＨｚのキャリアを一定時間運用した後、１．４ＭＨｚのキャリアに切り替えて一定時間運用することを繰り返す。
５ＭＨｚのキャリアが使用されることで、スループットが良好な通信サービスが提供され、他の無線通信システムに干渉を与えないようにすることができる。
運用中にも、制御部３５は、キャリアセンスを行い（Ｓ１３）、他の無線通信システムが検出されないのか、されたのかを判定する（Ｓ１４）。他の無線通信システムが検出されない場合（Ｓ１４でＹｅｓ）、制御部３５は、引き続きステップＳ１２を実行する。
他の無線通信システムが検出された場合、制御部３５は、そのシステムへの影響が小さくなる動作に切り替えて運用を継続する。図５では、ステップＳ１４で方式Ｐが検出された場合、ステップＳ２２が実行される。ステップＳ１４で方式Ｄが検出された場合、ステップＳ３１が実行される。
一方、ステップＳ１１で、方式Ｐまたは方式Ｄが検出された場合、制御部３５は、方式Ｄが検出されないのか、されたのかを判定する（Ｓ２１）。
方式Ｄが検出されない場合、すなわち、方式Ｐが検出された場合、制御部３５は、３ＭＨｚのキャリアと１．４ＭＨｚのキャリアを交互に使用する（Ｓ２２）。例えばこの場合、制御部３５は、図３のように、３ＭＨｚのキャリアを一定時間（例えば、３時間など）運用した後、１．４ＭＨｚのキャリアに切り替えて一定時間（例えば、１時間など）運用し、再度、３ＭＨｚのキャリアを一定時間運用した後、１．４ＭＨｚのキャリアに切り替えて一定時間運用することを繰り返す。
３ＭＨｚのキャリアが使用されることで、スループットが良好な通信サービスが提供され、他の無線通信システムに干渉を与えないようにすることができる。
運用中にも、制御部３５は、キャリアセンスを行い（Ｓ２３）、他の無線通信システムが検出されないのか、されたのかを判定する（Ｓ２４）。他の無線通信システムが検出されない場合（Ｓ２４でＹｅｓ）、制御部３５は、引き続きステップＳ１１を実行する。
他の無線通信システムが検出された場合、制御部３５は、そのシステムへの影響が小さくなる動作に切り替えて運用を継続する。図５では、ステップＳ２４で引き続き方式Ｐが検出された場合、ステップＳ２２が実行される。ステップＳ２４で方式Ｄが検出された場合、ステップＳ３１が実行される。
一方、ステップＳ２１で、方式Ｄが検出された場合、制御部３５は、１．４ＭＨｚのキャリアを使用する（Ｓ３１）。
運用中にも、制御部３５は、キャリアセンスを行い（Ｓ３２）、他の無線通信システムが検出されないのか、されたのかを判定する（Ｓ２４）。他の無線通信システムが検出されない場合（Ｓ３３でＹｅｓ）、制御部３５は、引き続きステップＳ１１を実行する。
他の無線通信システムが検出された場合、制御部３５は、そのシステムへの影響が小さくなる動作に切り替えて運用を継続する。図５では、ステップＳ３３で方式Ｐだけが検出された場合、ステップＳ２１が実行される。ステップＳ３３で引き続き方式Ｄが検出された場合、ステップＳ３１が実行される。
以上説明したように、基地局３０ｘは、他の無線通信システムが共用帯を使用していない場合、他の無線通信システムの周波数幅のキャリアよりもスループットが向上する自システムの３または５ＭＨｚのキャリアを使い、他の無線通信システムが共用帯を使用している場合、他の無線通信システムの周波数幅より狭い自システムの１．４ＭＨｚのキャリアを使うため、無線通信における共用帯域で、他の無線通信システムに与える干渉の影響を回避すると共に、高速な通信サービスを提供することができる。
その他の実施の形態として、上述において、制御部３５は、３または５ＭＨｚのキャリアを一定時間運用した後、１．４ＭＨｚのキャリアに切り替えて一定時間運用するとしたが、他の無線通信システムに干渉の影響を与えないように、最初は、３または５ＭＨｚのキャリアの運用時間を短くし、キャリアセンスで他の無線通信システムが検出されなければ、徐々に長くするようにしてもよい。
ステップＳ１２およびＳ２２で、１．４ＭＨｚのキャリアを交互に使用するとしたが、他の無線通信システムに干渉の影響を与えないように、制御部３５は、１．４ＭＨｚのキャリアを使用する際には、最初は１．４ＭＨｚのキャリアを１波、次に１．４ＭＨｚのキャリアを２波、次に１．４ＭＨｚのキャリアを３波、次に１．４ＭＨｚのキャリアを４波、次に１．４ＭＨｚのキャリアを５波のように徐々に増やしてもよい。
ステップＳ１２では、５ＭＨｚのキャリアを使用しているが、他の無線通信システムに干渉の影響を与えないように、最初は、３ＭＨｚのキャリアを使用し、その後に５ＭＨｚのキャリアを使用するようにしてもよい。
１０ 無線端末
２０ 制御装置
３０ 基地局
３１、３２ 無線部
３３ 検出部
３４ メモリ信号処理部
３５ 制御部
３６ 回線部

Claims (6)

  1. 他の無線通信システムと同じ周波数帯を共用する無線通信システムの基地局において、
    前記他の無線通信システムが前記周波数帯を使用していない場合、前記他の無線通信システムの周波数幅のキャリアよりもスループットが向上する自システムの広周波数幅のキャリアを使い、
    前記他の無線通信システムが前記周波数帯を使用している場合、前記他の無線通信システムの周波数幅より狭い自システムの狭周波数幅のキャリアを使う基地局。
  2. 前記他の無線通信システムが前記周波数帯を使用していない場合、前記広周波数幅のキャリアと前記狭周波数幅のキャリアを時間的に切り換えて交互に使う請求項１に記載の基地局。
  3. 前記他の無線通信システムは、第１の無線通信システムおよび前記第１の無線通信システムの周波数幅のキャリアより狭い第２の無線通信システムを含み、
    前記第１の無線通信システムが前記周波数帯を使用していない場合で、前記第２の無線通信システムが前記周波数帯を使用している場合、前記広周波数幅より狭く、前記他の無線通信システムの周波数幅よりもスループットが向上する自システムの中周波数幅のキャリアを使う請求項１に記載の基地局。
  4. 前記第１の無線通信システムが前記周波数帯を使用していない場合で、前記第２の無線通信システムが前記周波数帯を使用している場合、前記中周波数幅のキャリアと前記狭周波数幅のキャリアを時間的に切り換えて交互に使う請求項３に記載の基地局。
  5. 前記広周波数幅のキャリアを使用する際に、初回は前記広周波数幅のキャリアを短時間で使用し、その後徐々に前記広周波数幅のキャリアを長時間で使用する請求項２または請求項４に記載の基地局。
  6. 他の無線通信システムと同じ周波数帯を共用する無線通信システムの無線通信方法において、
    前記他の無線通信システムが前記周波数帯を使用していない場合、前記他の無線通信システムの周波数幅よりもスループットが向上する自システムの広周波数幅のキャリアを使うステップと、
    前記他の無線通信システムが前記周波数帯を使用している場合、前記他の無線通信システムの周波数幅より狭い自システムの狭周波数幅のキャリアを使うステップと、を有する無線通信方法。
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