JP7126525B2 - リソース割当方法 - Google Patents

Description

本発明は、電磁波を照射すべき対象範囲をセルに分割し、セル毎に通信リソースを割り当てるリソース割当方法に関する。

無線通信では、通信リソースをより有効に利用するために、通信を可能とすべき対象範囲をセルに分割し、セル毎に通信リソースを割り当てることが行われている。セルへの分割により、同じ内容の通信リソースは、繰り返し利用することができ、通信リソースの利用効率を向上させることができる。

対象範囲をセルに分割した場合、周波数帯域等の通信リソースの割り当ては、セル毎に行い、セル間の干渉を抑制するようにしている。例えば、無線通信で行われる衛星通信では、反射鏡を４枚または３枚用いて地上の対象範囲である全サービスエリアをカバーしている。さらに、無線通信で行われる衛星通信では、通信リソースである周波数帯域を、３周波数帯域、４周波数帯域、７周波数帯域などの周波数帯域の繰り返しにより、各セルに割り当て、セル間での干渉を抑制している（例えば、非特許文献１参照）。

"Parametric Design and Analysis of Multiple-Beam Reflector Antennas for Satellite Communications", IEEE Antennas and Propagation Magazine, Vol. 45, No.4, August 2003

衛星通信では、衛星からセル毎に電磁波をアンテナビームとして照射するようになっている。そのため、隣接する２つのセルに異なる通信リソースを割り当てたとしても、他のセルに照射する電磁波による干渉が発生し易いという課題がある。

本発明は、かかる課題を解決するためになされたもので、その目的は、各セルで照射する電磁波による干渉を、より抑制可能なリソース割当方法を提供することにある。

本発明に係るリソース割当方法は、電磁波を照射すべき対象範囲をセルに分割し、分割されたセル毎に通信リソースを割り当てるために通信システムにおいて実行されるリソース割当方法であることを前提とし、セル毎に、時間領域で通信可能範囲を制限するための時間リソースを通信リソースとして設定し、時間リソースをセル毎に割り当て、複数個のセルで構成されるクラスタが複数、存在する場合に、複数のクラスタのうち、同一のクラスタを構成する複数個のセルのそれぞれに割り当てる時間リソースを同一にさせ、隣接するクラスタ間で時間リソースの内容を異ならせ、同一のクラスタを構成する複数個のセルのうち、隣接するセル毎に、周波数領域で通信可能範囲を制限するための周波数リソースの内容を異ならせ、複数のクラスタのうち、隣接するクラスタ間で隣接するセル同士において、周波数リソースとして割り当てる周波数帯域を一部重複させる。

本発明によれば、各セルで照射する電磁波による干渉を、より抑制することができる。

本発明の実施の形態１に係るリソース割当方法による各セルへの通信リソースの割り当て例を説明する図である。 周波数リソースの例を説明する図である。 周波数リソースの他の例を説明する図である。 時間リソースの例を説明する図である。 制御単位期間の配置例を説明する図である。 本発明の実施の形態２に係るリソース割当方法による各セルへの通信リソースの割り当て例を説明する図である。 本発明の実施の形態３に係るリソース割当方法による各セルへの通信リソースの割り当て例を説明する図である。

以下、本発明に係るリソース割当方法の各実施の形態を、図を参照して説明する。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係るリソース割当方法による各セルへの通信リソースの割り当て例を説明する図である。

本実施の形態１では、衛星通信で衛星に照射させる全サービスエリアを対象範囲とし、その全サービスエリアをセルに分割して、セル毎に通信リソースを割り当てることを前提とする。それにより、本実施の形態１は、衛星通信用の通信システムに適用されることを前提とする。つまり、通信リソースの割り当ては通信システムにより行われる。より具体的には通信システムの構築に用いられるコンピュータが通信リソースの割り当てを決定し、決定した割り当てに従って通信システム内での制御が行われる。衛星に搭載されたアンテナ装置は、その制御に従って動作する。

図１では、計１６個のセルをそれぞれ丸で示し、１１－１～１４－４の符号を付している。図１に１６個のセルのみを示したのは、この１６個のセルが周波数リソースを割り当てるうえでの単位となるからである。以降、特定のセルを指す場合にのみ、そのセルに付した符号を併せて表記する。

本実施の形態１では、隣接する４個のセルで構成されるセルグループに各セルを分け、セルグループ単位で通信リソースの割り当てを行っている。セルグループは、以降「クラスタ」と表記する。図１では、４個のクラスタ１１～１４を示している。以降、セルと同様に、特定のクラスタを指す場合にのみ、そのクラスタに付した符号を併せて表記する。

各クラスタ１１～１４には、上記のように、それぞれ４個のセルが含まれる。４個のセル１１－１～１１－４は、クラスタ１１を構成する。同様に、４個のセル１２－１～１２－４は、クラスタ１２を構成する。図１では、前段にクラスタの番号、後段にセルの番号を付すことにより、セルとそのセルが属するクラスタの対応関係を符号により示している。

本実施の形態１では、通信リソースとして、周波数領域のリソース、及び時間領域のリソースを各セルに割り当てるようにしている。以下の説明では、周波数領域のリソースを「周波数リソース」と表記し、時間領域のリソースを「時間リソース」と表記することとする。

図１中に表記の「Ｆ１」～「Ｆ４」は、それぞれ異なる内容の周波数リソースを表している。同様に、図１中に表記の「Ｔ１」～「Ｔ４」は、それぞれ異なる内容の時間リソースを表している。丸内に表記の「Ｆ１」～「Ｆ４」、及び「Ｔ１」～「Ｔ４」は、それが表記されている丸が示すセルに割り当てられた周波数リソース、及び時間リソースを表している。例えば、セル１１－１に表記の「Ｆ１，Ｔ１」は、セル１１－１に周波数リソースＦ１、及び時間リソースＴ１が割り当てられていることを表している。

図２は、周波数リソースの例を説明する図である。ここで、図２を参照し、周波数リソースの例について、具体的に説明する。

受信側では、異なる周波数帯域の信号成分を分離することができる。周波数帯域が同じであっても、偏波が異なれば、信号成分を分離することができる。このことから、本実施の形態１では、周波数リソースは、図２に示すように、周波数帯域と偏波の組み合わせとしている。周波数リソースＦ１と周波数リソースＦ２とを比較すると、周波数リソースＦ１は、右旋偏波で相対的に狭く、且つ相対的に低い周波数帯域である。周波数リソースＦ２は、右旋偏波で周波数リソースＦ１の周波数の高い側に隣接する形の周波数帯域である。周波数リソースＦ２の周波数帯域幅は、周波数リソースＦ１よりも広くなっている。

また、周波数リソースＦ３と周波数リソースＦ４とを比較すると、周波数リソースＦ３は、左旋偏波で相対的に狭く、且つ相対的に低い周波数帯域である。周波数リソースＦ４は、左旋偏波で周波数リソースＦ３の周波数の高い側に隣接する形の周波数帯域である。

周波数リソースＦ１～Ｆ４間の周波数帯域幅の関係は、Ｆ２＞Ｆ４＞Ｆ３＞Ｆ１、となっている。以降、セル及びクラスタと同様に、特定の周波数リソースを指す場合にのみ、その周波数リソースに対応するシンボルを併せて表記する。対応可能な通信容量、つまり通信トラフィック量は、周波数帯域幅が広くなるほど大きくなる。

図３は、周波数リソースの他の例を説明する図である。この図３に示す例でも、周波数リソースＦ１～Ｆ４における周波数帯域の高さ関係、及び偏波は、図２に示す例と同じである。しかし、周波数リソースＦ１～Ｆ４間の周波数帯域幅の関係は、Ｆ１＞Ｆ４≧Ｆ３＞Ｆ２、となっている。

周波数リソースの内容は、図２、或いは図３に示すものに限定されない。周波数リソースの内容は、例えば、周波数帯域のみが異なるものであっても良い。周波数帯域幅は、全て同じであっても良い。また、偏波別の周波数帯域の数が異なっていても良い。

図４は、時間リソースの例を説明する図である。次に、図４を参照し、本実施の形態１における時間リソースの割り当てについて、具体的に説明する。

各セルに割り当てる時間リソースは、時間領域での通信可能範囲をセル毎に制限するためのリソースである。本実施の形態１では、図４に示すように、時間領域において通信可能範囲を制限するための単位となる制御期間である制御単位期間Ｐを設け、その制御単位期間Ｐ内を４分割し、分割した各期間（＝Ｐ／４）を時間リソースＴ１～Ｔ４として割り当てている。時間リソースＴ１～Ｔ４の制御単位期間Ｐ内での配置は、先頭から、Ｔ１→Ｔ２→Ｔ３→Ｔ４、となっている。以降、時間リソースＴ１～Ｔ４は、「時分割スロットＴ１～Ｔ４」とも表記する。周波数リソースと同様に、特定の時分割スロットを指す場合にのみ、その時分割スロットに対応するシンボルを併せて表記する。

図５は、制御単位期間の配置例を説明する図である。図５中に表記の「Ｐ（ｎ）」は、任意の制御単位期間を示し、「Ｐ（ｎ＋１）」は、その制御単位期間Ｐ（ｎ）に続く制御単位期間Ｐを示している。本実施の形態１では、図５に示すように、時間領域を予め定めた時間で分割し、分割した時間をそれぞれ制御単位期間Ｐとしている。それにより、制御単位期間Ｐは、連続する形となっている。各周波数リソースＦ１～Ｆ４に設定されるそれぞれの時分割スロットＴ１～Ｔ４は、同期がとられている。

上記のように、各時分割スロットＴ１～Ｔ４は、制御単位期間Ｐを４分割して得られる期間である。そのため、各時分割スロットＴ１～Ｔ４のそれぞれは、時間領域で互いに排他的な関係となっている。つまり、各時分割スロットＴ１～Ｔ４のそれぞれは、時間領域で別の時分割スロットと重なる部分のない時間帯（期間）となっている。

このような時分割スロットが時間リソースとして割り当てられた場合、電磁波であるアンテナビームの各セルへの照射は、そのセルに割り当てられた時分割スロットの期間のみ行われることとなる。そのため、隣接する２つのセルに割り当てる周波数リソースが同じだとしても、異なる時分割スロットが割り当てられることにより、その２つのセル間での干渉は、回避できるか、或いは大幅に抑制できる。例えば、或るセルに周波数リソースＦ２を割り当てた場合、その隣接セルに同じ周波数リソースＦ２を割り当てたとしても、異なる時分割スロットが割り当てられることにより、その２つのセル間での干渉は、回避できるか、或いは大幅に抑制できる。

このようなことから、時分割スロットを時間リソースとして割り当て可能とすることにより、隣接するセル間での干渉は、回避できるか、或いは大幅に抑制でき、その時間リソース以外の通信リソースを割り当てるうえでの自由度は向上する。自由度の向上により、周波数リソースとして割り当て可能な周波数帯域の選択肢は増え、その周波数帯域の設定上の自由度も向上する。その結果、通信量の比較的に大きいセルにより広い周波数帯域を割り当てるといったことも、より容易に行えるようになる。

各セルには、周波数リソースＦ１～Ｆ４のうちの何れか、及び時分割スロットＴ１～Ｔ４のうちの何れかが、それぞれ通信リソースとして割り当てられる。本実施の形態１では、図１に示すように、クラスタ毎に同じ時分割スロットを割り当てるようにしている。隣接するクラスタ間では異なる時分割スロットを割り当てるようにしている。具体的には、クラスタ１１には時分割スロットＴ１を割り当て、同様にクラスタ１２には時分割スロットＴ２、クラスタ１３には時分割スロットＴ３、クラスタ１４には時分割スロットＴ４をそれぞれ割り当てている。このように、隣接するクラスタ間では、割り当てる時分割スロットを異ならせている。

クラスタ毎に同一の時分割スロットの割り当てを決定していることから、クラスタを構成する各セルには互いに異なる周波数リソースが割り当てられる。そのため、各クラスタには、全ての周波数リソースＦ１～Ｆ４が割り当てられる。具体的には、例えばクラスタ１１では、セル１１－１には周波数リソースＦ１を割り当て、同様に、セル１１－２には周波数リソースＦ２、セル１１－３には周波数リソースＦ３、セル１１－４には周波数リソースＦ４をそれぞれ割り当てている。

このように、クラスタ毎に同一の時分割スロットの割り当てを決定した場合、隣接するクラスタ間では時分割スロットが異なることから、クラスタを構成する各セルへの周波数リソースの割り当ては任意に行うことができる。これは、クラスタ間で隣接するセルに割り当てられる周波数リソースを考慮する必要性がないからである。各セルへの状況の変化に応じた周波数リソースの割り当ての変更も、その変更の必要性が生じたクラスタ内だけで行うことができる。このことから、時分割スロットを割り当て対象とした場合、周波数リソースの割り当てを変更するうえでの高い利便性も得られる。

本実施の形態１では、或るクラスタに割り当てた時分割スロットは、１つのクラスタを挟む位置にあるクラスタに割り当てられる。図１に示す例では、例えば時分割スロットＴ１は、クラスタ１２のセル１２－２、及び１２－４と隣接する２つのセルを有するクラスタ（図示せず）にも割り当てられる。しかし、同じ時分割スロットが割り当てられた２つのクラスタにおいて、同じ周波数リソースが割り当てられるセルの間には少なくとも２つのセルが存在する。このように離れたセルで時分割スロット、及び周波数リソースが同じとなるため、それらのセルを照射するアンテナビーム間の干渉は、極めて低いレベルに抑制されることとなる。

図４に示す時分割スロットＴ１～Ｔ４を割り当てる場合、アンテナビームを単に連続的に照射する場合と比較して、各セルに割り当てる時間的な割合である時間率は１／４となる。その時間率により、周波数利用効率も１／４になる。しかし、セルサイズをより小さくした場合、送信電力を同じにしても信号の利得を向上できる。上記のように、アンテナビーム間の干渉は、回避できるか、大幅に抑制できる。これらのことから、セルのスループットを向上させることができる。従って、周波数利用効率の低下をカバーすることができる。

なお、本実施の形態１では、上記のように、衛星通信システムに適用されることを前提としている。しかし、適用可能な通信システムは、衛星通信システムのみに限定されない。本実施の形態１は、各セルで照射される電磁波間の干渉を抑制する必要のある通信システムに幅広く適用することができる。このことから、通信システムは、例えば地上の移動体通信システムであっても良い。

また、時分割スロットＴ１～Ｔ４は、全て同じ時間間隔としているが、異なる時間間隔としても良い。また、時分割スロット間に時間間隔を設け、時分割スロットを連続させないようにしても良い。各時分割スロットＴ１～Ｔ４を複数に分けても良い。時分割スロットの数は、３以下であっても良く、５以上であっても良い。これらのことから、時分割スロットは、様々な変形が可能である。

実施の形態２．
上記実施の形態１では、クラスタ単位で、同一の時分割スロットを割り当てるようにしている。これに対し、本実施の形態２は、同じクラスタを構成する各セルに対し、互いに異なる時分割スロットを割り当てるようにしたものである。ここでは、上記実施の形態１で用いた符号をそのまま用いて、その実施の形態１から異なる部分にのみ着目する形で説明を行う。

図６は、本発明の実施の形態２に係るリソース割当方法による各セルへの通信リソースの割り当て例を説明する図である。

本実施の形態２では、上記のように、同じクラスタに属する各セルに互いに異なる時分割スロットを割り当てるようにしている。それにより、図６に示すように、同じクラスタに属する各セルに割り当てられる周波数リソース、及び時分割スロットは、セル毎に異なっている。具体的には、例えばクラスタ１１では、セル１１－１には周波数リソースＦ１と時分割スロットＴ１が割り当てられている。同様に、セル１１－２には周波数リソースＦ２と時分割スロットＴ２、セル１１－３には周波数リソースＦ３と時分割スロットＴ３、セル１１－４には周波数リソースＦ４と時分割スロットＴ４がそれぞれ割り当てられている。

図６に示すように、隣接するクラスタ間では、そのクラスタ間で隣接するセルの時分割スロットは異ならせている。セル間の干渉をより抑制するために、本実施の形態２では、隣接するクラスタ間で隣接するセルの周波数リソースも、併せて異ならせている。その結果、隣接するクラスタ間では、周波数リソースと時分割スロットの組み合わせが同じセルが存在している。つまり、或るクラスタに属する１つのセルに割り当てられた周波数リソースと時分割スロットの組み合わせは、そのクラスタに隣接するクラスタに属する１つのセルにも割り当てられるようになっている。それにより、例えばクラスタ１１に属するセル１１－１に割り当てられた周波数リソースＦ１と時分割スロットＴ１との組み合わせは、クラスタ１２に属するセル１２－１，クラスタ１３に属するセル１３－１、クラスタ１４に属するセル１４１にも、それぞれ割り当てられている。

一般的に、電磁波の発射では、目的外の周波数帯域の領域に存在する電磁波の発射である不要発射、つまり帯域外発射、及びスプリアス発射が懸念される。そのため、周波数領域で隣接する周波数帯域間にはガードバンドが設けられるのが普通である。しかし、同じクラスタを構成する各セルに割り当てる時分割スロットを異ならせ、且つクラスタ間で隣接するセルに割り当てる時分割スロットを異ならせる場合、不要発射の影響は、回避できるか、或いはその影響を大きく低減できる。このため、ガードバンドを設ける必要性はないか、そのガードバンドの幅を最小限に抑えることが可能となる。これは、より高い周波数利用効率を実現できることを意味する。不要発射の影響の回避、或いはその影響の大きな低減が可能となることから、各セルで照射される電磁波間の干渉も、より抑制されることとなる。

なお、本実施の形態２では、同じクラスタを構成する各セルに割り当てる周波数リソースを互いに異ならせているが、同じクラスタを構成する各セルに同じ周波数リソースを割り当てても良い。クラスタ間で隣接するセルの時分割スロットを異ならせる場合、各クラスタを構成するセルへの周波数リソースの割り当ては、任意に行うことができる。例えばセル１１－２に隣接するセル１２－１に対し、セル１１－２と同じ周波数リソースＦ２を割り当てることもできる。残りの周波数リソースＦ１、Ｆ３、及びＦ４のセル１２－２～４への割り当ても任意に行うことができる。

実施の形態３．
上記実施の形態１及び２では、４つのセルで構成されるクラスタ単位で通信リソースの割り当てを行っている。これに対し、本実施の形態３は、１６個のセルで構成されるクラスタを単位に通信リソースの割り当てを行うようにしている。ここでも上記実施の形態２と同様に、上記実施の形態２から異なる部分にのみ着目する形で説明を行う。

図７は、本発明の実施の形態３に係るリソース割当方法による各セルへの通信リソースの割り当て例を説明する図である。

上記のように、クラスタ６０を構成するセルの数を１６としている。本実施の形態３では、そのクラスタ６０を４つのサブクラスタであるセルグループ６０－１～６０－４に分け、セルグループ単位で通信リソースの割り当てを行うようにしている。それにより、ここではクラスタ６０を通信リソースの繰り返しの単位としている。図７中、６１－１～６１－４を付した丸は、セルグループ６０－１に属するセルを表している。同様に、６２－１～６２－４を付した丸は、セルグループ６０－２に属するセル、６３－１～６３－４を付した丸は、セルグループ６０－３に属するセル、６４－１～６４－４を付した丸は、セルグループ６０－４に属するセルをそれぞれ表している。ここでも、セルグループ、及びセルへの符号は、特定のセルグループ、及びセルを指す場合のみ付すこととする。

本実施の形態３では、図７に示すように、セルグループ毎に周波数リソースを異ならせ、つまり同じセルグループを構成する各セルの周波数リソースを同じとし、同じセルグループを構成する各セルの時分割スロットを互いに異ならせている。それにより、各セルグループ６１－１～６１－４には、それぞれ時分割スロットＴ１～Ｔ４を割り当てる一方で、同じ周波数リソースを割り当てている。この結果、例えばセルグループ６０－１では、セル６１－１には、周波数リソースＦ１と時分割スロットＴ１を割り当てている。他は、セル６１－２には、周波数リソースＦ１と時分割スロットＴ２、セル６１－３には、周波数リソースＦ１と時分割スロットＴ３、セル６１－４には、周波数リソースＦ１と時分割スロットＴ４をそれぞれ割り当てている。

図７に示すような通信リソースの割り当てを行った場合、同じ通信リソース、つまり周波数リソースと時分割スロットの組み合わせが同じセルは、上記実施の形態２と比較して、大きく離れることになる。例えばセル６１－１と同じ周波数Ｆ１と時分割スロットＴ１が割り当てられるセルは、セル６２－２と隣接するセル、セル６３－３と隣接するセルとなる。このことから、上記実施の形態２と比較して、各セルで照射される電磁波間の干渉もより抑制される。

上記実施の形態２と同様に、本実施の形態３でも、隣接するクラスタ間では、そのクラスタ間で隣接するセルの時分割スロットは異ならせている（図示せず）。そのため、クラスタ６０を構成するセルグループ６０－１～６０－４への周波数リソースの割り当ては、任意に行うことができる。

本実施の形態３でも上記実施の形態２と同様に、隣接するセルに異なる時分割スロットを割り当てている。そのため、周波数帯域間にガードバンドを設ける必要性はないか、そのガードバンドの幅を最小限に抑えることができる。

なお、本実施の形態１～３では、通信リソースとして、時分割スロットと周波数リソースを各セルに割り当てるようにしているが、時分割スロットと組み合わせる異なる種類のリソースは、周波数リソースに限定されない。つまり、周波数リソースとは異なる種類のリソースを時分割スロットに組み合わせても良く、その異なる種類のリソースを更に組み合わせるようにしても良い。通信方式によっては、拡散符号も通信リソースの一つである。

また、クラスタを構成するセル、更にはセルグループを構成するセルの数も特に限定されない。それらの数は、例えば割り当て可能な通信リソースの数、例えば時分割スロットと周波数リソースの組み合わせの数に応じて決定すれば良いものである。

１１～１４、６０ クラスタ、１１－１～４、１２－１～４、１３－１～４、１４－１～４、６１－１～４、６２－１～４、６３－１～４、６４－１～４ セル、６０－１～４ セルグループ。

Claims (1)

1. 電磁波を照射すべき対象範囲をセルに分割し、分割された前記セル毎に通信リソースを割り当てるために通信システムにおいて実行されるリソース割当方法であって、
   前記セル毎に、時間領域で通信可能範囲を制限するための時間リソースを前記通信リソースとして設定し、
   前記時間リソースを前記セル毎に割り当て、
   複数個の前記セルで構成されるクラスタが複数、存在する場合に、複数の前記クラスタのうち、同一の前記クラスタを構成する前記複数個の前記セルのそれぞれに割り当てる前記時間リソースを同一にさせ、隣接する前記クラスタ間で前記時間リソースの内容を異ならせ、
   前記同一の前記クラスタを構成する前記複数個の前記セルのうち、隣接する前記セル毎に、周波数領域で前記通信可能範囲を制限するための周波数リソースの内容を異ならせ、
   複数の前記クラスタのうち、隣接する前記クラスタ間で隣接する前記セル同士において、前記周波数リソースとして割り当てる周波数帯域を一部重複させる、
   リソース割当方法。

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