JPWO2008041291A1 - 基地局装置 - Google Patents

基地局装置

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Abstract

移動局に１以上のサブチャネルを割り当て、この１以上のサブチャネルで移動局と上り方向の無線通信を行う基地局装置であって、移動局から基地局への無線電波の伝播環境を推定する推定部と、基地局での受信電力から干渉量を算出する干渉量算出部と、伝播環境，干渉量，及び移動局の仕様条件に基づいて、移動局が基地局への送信に使用すべき変調方式，符号化率及びサブチャネル数を移動局に通知するためにこれらを決定する決定部とを含む。

Description

本発明は、OFDMA(Orthogonal Frequency Division Multiplexing Access)のように、使用する周波数帯域を複数のサブチャネルに分割し、複数の移動局に１以上のサブチャネルを割当てる通信方式において、通信エリアの拡大、通信容量の向上および移動局の消費電力削減を目的として、各移動局の無線環境(無線電波の伝播環境)、仕様および要求通信速度に応じて行われるサブチャネル割当て手法に関する発明である。
OFDMA通信方式では、下り回線においては、基地局が利用周波数帯域の総てを使用し、複数の移動局に対してサブチャネルを割当てて信号を送信する。
一方、上り回線では、移動局は、基地局によって各移動局に割当てられたサブチャネルおよび指定された変調方式と符号化率を利用して信号を送信する。
移動局は、割当てられたサブチャネル帯域だけに送信電力を集中することにより電力スペクトル密度を上げ、通信エリアを拡大することができる。しかし、サブチャネル数を少なくし、サブチャネル帯域を狭めることによってユーザ通信速度は低下してしまう。
従来、移動局に関連する通信要求に基づいてサブチャネル（帯域幅）を割当てることが提案されている(例えば、特許文献１)。しかし、特許文献１記載の従来技術では、残りの利用可能な帯域幅が最適化されるように移動局が利用する帯域幅をシステムが決定している。つまり、他の移動局が利用できる帯域幅を多く残す目的としている。このため、従来技術では、利用可能なリソースを有効活用し、通信している移動局における通信速度の向上および消費電力の低減を図ることはできなかった。
特表２００３−５１３５８８号公報 特開２００３−１８１１７号公報 特開２００４−２１４７４６号公報
HSDPA(High Speed Downlink Packet Access)等の通信方式では、無線環境に応じて変調方式を変更する適応変調方式を採用している。しかし、これらの適応変調方式では周波数帯域幅が一定であるため、周波数帯域幅を変更することによる送信電力スペクトル密度の増減に対する影響は考慮されていない。
OFDMA通信方式においてもサブチャネル数を少なくして、サブチャネル数を固定的に割当てた場合、通信エリアを広げることが出来る。しかし、この場合では、基地局近傍などの無線環境が良い場合でも、変調方式を変更することによる通信速度の向上しか得られない。
変調方式だけでなく、サブチャネル数も動的に変化させた場合、通信エリアの拡大と通信速度の向上が期待できる。但し、変調方式およびサブチャネル数の割当を適切に行わなければならないので、新たな割当方法が要求される。
例えば、サブチャネルの割当てが適切でなく、移動局に指定された変調方式と符号化率に対して必要以上のサブチャネルが割当てられた場合には、移動局から送信される電力スペクトル密度が低下して、基地局にて指定した変調方式と符号化率に対する所要の通信品質を満たすことが出来なくなってしまう。逆に、サブチャネル数が少なく割当てられた場合、本来実現可能な最大ユーザ通信速度を実現できない。
そのため、移動局の電波伝播環境および移動局の最大送信電力を考慮して、動的に適切な変調方式及び符号化率並びにサブチャネル数を割当てる必要がある。
本発明の目的は、変調方式およびサブチャネル割当てによる通信速度の向上を実現可能とする技術を提供することである。また、通信エリアを拡大することである。
また、本発明の他の目的は、移動局の通信要求や移動局の送信電力を判定基準として、適切な変調方式、符号化率およびサブチャネル数を選択することにより、通信速度の向上および移動局の送信電力低減を図ることが可能な技術を提供することである。
本発明は、上述した目的を達成するために以下の手段を採用する。すなわち、本発明は、移動局に１以上のサブチャネルを割り当て、この１以上のサブチャネルで移動局と上り方向の無線通信を行う基地局装置であって、
移動局から基地局への無線電波の伝播環境を推定する推定部と、
基地局での受信電力から干渉量を算出する干渉量算出部と、
前記伝播環境，前記干渉量，及び前記移動局の仕様条件に基づいて、前記移動局が基地局への送信に使用すべき変調方式，符号化率及びサブチャネル数を前記移動局に通知するためにこれらを決定する決定部とを含む基地局装置である。
好ましくは、本発明の決定部は、前記移動局の送信における通信要求条件を満たす変調方式，符号化率及びサブチャネル数を決定する。
好ましくは、本発明の決定部は、前記干渉量，前記通信要求条件、前記仕様条件に基づき要求される要求通信品質を満たす変調方式，符号化率及びサブチャネル数を決定する。
好ましくは、本発明における仕様条件は、前記移動局で使用可能な複数の変調方式と符号化率との組合せを含み、
前記決定部は、前記伝播環境及び前記干渉量に基づき、前記複数の変調方式と符号化率との組合せの夫々について前記要求通信品質を満たすサブチャネル数を算出し、算出された複数の変調方式，符号化率及びサブチャネル数の組合せから、前記移動局に通知すべき１つを決定する。
好ましくは、本発明における基地局装置において、前記決定部により決定された前記複数の変調方式，符号化率及びサブチャネル数の組合せの１つの適用時における送信電力が算出され、前記移動局に通知される。
好ましくは、本発明における決定部は、前記要求通信品質を満たし、且つ通信速度が最大となる前記複数の変調方式，符号化率及びサブチャネル数の組合せの１つを決定する。
好ましくは、本発明における決定部は、前記要求通信品質を満たし、且つ前記移動局の送信電力が最小となる前記複数の変調方式，符号化率及びサブチャネル数の組合せの１つを決定する。
好ましくは、本発明における決定部は、優先順位を有する複数の判定基準に従って、前記複数の変調方式，符号化率及びサブチャネル数の組合せの１つを決定する。この場合、好ましくは、前記複数の判定基準に付与される優先順位が動的に変更される。
複数の判定基準は、例えば、“通信速度の最大化”，“要求通信速度の遵守”，“送信電力の最小化”，及び“使用可能なサブチャネルの最大数”のうちの少なくとも２つである。
好ましくは、本発明における変調方式，符号化率及びサブチャネル数の決定は、周期的に行われる。
また、本発明では、高速な無線通信が可能な第１変調方式及び低速な無線通信が可能な第２変調方式に対応し、１以上Ｍ以下のサブチャネルを該無線端末の能力の範囲内で該無線端末との間の無線通信に利用する無線通信基地局において、前記第１の変調方式とサブチャネル数Ｎ（１≦Ｎ≦Ｍ）の組み合わせである第１組み合わせも、第２変調方式とサブチャネル数Ｎ’（１≦Ｎ≦Ｍ）の組み合わせである第２組み合わせも所要の通信速度を満たす場合に、該第１組み合わせに対して該第２組み合わせの必要送信出力が小さい場合に、該第２組み合わせを選択する、判定部と、該選択した組み合わせを該無線端末に通知する通知部と、を備えたことを特徴とする無線基地局を用いる。
好ましくは、前記判定部が選択する組み合わせは、前記所要の通信速度を満たす変調方式とサブチャネル数との組み合わせのうち、送信出力を最小とする組み合わせである。
また、本発明では、高速な無線通信が可能な第１変調方式及び低速な無線通信が可能な第２変調方式に対応し、１以上Ｍ以下のサブチャネルを該無線端末の能力の範囲内で該無線端末との間の無線通信に利用する無線基地局において、前記第１の変調方式とサブチャネル数Ｎ（１≦Ｎ≦Ｍ）の組み合わせである第１組み合わせも、第２変調方式とサブチャネル数Ｎ’（１≦Ｎ≦Ｍ）の組み合わせである第２組み合わせも所定の送信出力以下となる場合に、該第１組み合わせに対して該第２組み合わせの通信速度が速い場合に、該第２組み合わせを選択する、判定部と、該選択した組み合わせを該無線端末に通知する通知部と、を備えたことを特徴とする無線基地局を用いる。
好ましくは、前記判定部が選択する組み合わせは、前記所定の送信出力以下である変調方式とサブチャネル数との組み合わせのうち、通信速度を最大とする組み合わせである。
本発明によれば、変調方式およびサブチャネル割当てによる通信速度の向上を実現することができる。
また、本発明によれば、移動局の通信要求や移動局の送信電力を判定基準として、適切な変調方式，符号化率およびサブチャネル数を選択することにより、通信速度の向上や移動局の送信電力低減を図ることが可能となる。
本発明を実現する移動局の一実施形態を示す図である。 本発明を実現する基地局の一実施形態を示す図である。 移動局が報告する情報の具体例を説明する図である。 本発明によって算出される変調方式および符号化率と割当サブチャネル数の具体例を説明する図である。 移動局と基地局との伝播損（距離）によって変わる割り当て可能サブチャネル数と送信電力を示す図である。 変調方式および符号化率と割当サブチャネル数によって変わるカバレッジを示す図である。 本発明の変調方式および符号化率と割当サブチャネル数を決定する動作の例を示す流れ図である。
符号の説明
１０・・・移動局(端末装置)
１１・・・受信部
１１Ａ・・・送信アンテナ
１２・・・送信部
１２Ａ・・・送信アンテナ
１３・・・測定部
１４・・・制御部
２０・・・基地局装置
２１・・・受信部
２１Ａ・・・受信アンテナ
２２・・・送信部
２２Ａ・・・送信アンテナ
２３・・・受信電力測定部
２４・・・記憶装置部
２５・・・伝播損算出部
２６・・・干渉量算出部
２７・・・割当サブチャネル数算出部
２８・・・判定基準選択部
２９・・・割当サブチャネル判定部
３０・・・制御部
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。実施形態の構成は例示であり、本発明は実施形態の構成に限定されない。
〔実施形態の概要〕
本実施形態では、適切な変調方式と符号化率およびサブチャネル数を選択するために以下の手段を用いる。図１は、本発明に係る移動局(端末装置)の実施形態(構成例)を示し、図２は、本発明に係る基地局装置(多元接続システム)の実施形態(構成例)を示す。
(１)移動局１０は、上り回線において移動局が使用可能な変調方式と符号化率および最大送信電力等の通信能力情報を基地局に報告する手段(送信部１２)を備える。基地局装置(基地局)２０は、移動局１０から報告された移動局１０が使用可能な変調方式と符号化率および最大送信電力を保持する記憶装置部２４を備える。
(２)基地局２０は、通信エリア(セル)内に位置する総ての移動局１０に対して報知される共通信号を送信する手段(送信部２２)を備える。移動局１０は、基地局２０から報知される共通信号の受信電力を測定する測定部１３と、測定した共通信号受信電力を基地局２０に報告する手段(送信部１２)とを備える。基地局２０は、移動局１０から報告された共通信号受信電力と基地局２０が送信した共通信号送信電力から移動局１０と基地局２０との間の全損失(電波伝播環境)を算出する損失算出部(伝播損算出部２５)を備える。
(３)基地局２０は、全受信電力を測定する受信電力測定部(測定部２３)と、基地局の全受信電力から干渉電力(干渉量)を算出する干渉計算部(干渉量計算部２６)とを備える。
(４)基地局２０は、算出された全損失、干渉電力(干渉量)、移動局１０から報告された最大送信電力並びに使用可能な各変調方式及び符号化率に基づいて要求される(決定される)希望電力対干渉電力比(SINR：Signal-to-Interference. and Noise power Ratio)から、移動局１０が対応可能な各変調方式及び符号化率において割当て可能な全てのサブチャネル数の組合せと、そのサブチャネル数を使用した場合に必要な移動局の送信電力と、推定される通信速度を算出する割当サブチャネル数算出部２７を備える。
(５)移動局１０は、上り回線にて通信を行う際に、基地局に対して通信要求条件(通信速度あるいは通信量)を含むアクセス要求を基地局２０に通知する手段(送信部１２)を備える。基地局２０は、移動局１０に割当てるべき変調方式及び符号化率並びにサブチャネル数を決定する際に用いる判定基準を移動局１０の通信要求条件や基地局２０のリソースに応じて選択する判定基準選択部２８を備える。
(６)基地局２０は、判定基準選択部２８によって与えられる判定基準に応じて、移動局１０が使用する変調方式及び符号化率並びに割当サブチャネル数を決定する割当サブチャネル判定部２９を備える。
(７)基地局２０は、移動局１０が使用する変調方式，符号化率及びサブチャネル数、並びに送信電力を移動局１０に通知する手段(送信部２２)を備える。移動局１０は、通知された変調方式，符号化率，サブチャネル数及び送信電力で基地局２０に信号を送信する手段(送信部１２)を備える。
〈作用〉
〈１〉移動局１０は、ネットワークエントリ時に、基地局(ネットワーク)に対して、移動局１０が対応可能な変調方式及び符号化率並びに最大送信電力Ｔｘmaxを含む能力情報の報告を送信する。基地局２０は、その報告を受信して記憶装置部２４に保持する。
〈２〉移動局１０は、基地局２０と移動局１０との間の無線電波の伝播環境を推定するために、基地局２０から送信されている共通信号の受信電力を測定し、上り回線において通信を行う際に、受信電力測定結果と要求通信速度とを基地局２０に報告する。最大送信電力は、これらと同時に報告されることができる。
〈３〉基地局２０は、移動局１０の上り回線における通信要求（共通信号の受信電力測定結果と通信要求条件(通信速度，最大送信電力)）を受け取ると、受信電力測定結果と基地局２０からの共通信号送信電力とから、基地局２０と移動局１０との間の全損失Ｌｐを算出する。また、基地局２０は、基地局２０における干渉電力(干渉量)Ｉｏの測定結果と、移動局１０の最大送信電力と、変調方式と符号化率の組合せｊにおいて要求される要求通信品質ＳＩＮＲｊとを用いて、各変調方式と符号化率の組合せｊにおいて割当て可能な全てのサブチャネル数Ｎｊと、各サブチャネル数Ｎｊを使用した場合に必要な移動局１０の送信電力Ｔｘｊ(Ｎｊ)および推定される通信速度Ｔｈｊ(Ｎｊ)を以下の式１及び式２より算出する。
Txj(Nj) = Nj * SINRj * Lp * lo (≦Txmax) ・・・[式１]
Thj(Nj) = Nj * Th_subj ・・・[式２]
式２において、Th_subjは、変調方式と符号化率の組合せｊを使用したときの１サブチャネル使用時の通信速度である。
これにより、要求通信品質を満たす変調方式，符号化率及びサブチャネル数の組合せを得ることができる。得られた単数又は複数の組合せの中から、現状よりも通信エリアが拡大する組合せを選択することができる。選択された組合せが移動局１０に通知され、移動局１０が使用することで、要求通信品質を満たした状態においてサブチャネル割当による通信エリア拡大を実現することができる。
〈４〉基地局２０は、移動局１０の要求通信速度および基地局の使用可能サブチャネル数(未使用状態のサブチャネル数)などに応じて、移動局１０が使用すべき変調方式，符号化率及びサブチャネル数の組合せを決定する為の判定基準を選択する。
判定基準として、“通信速度の最大化”、“要求通信速度の遵守”、“送信電力の最小化”、“使用可能サブチャネルの最大数”などを規定することができる。これらの判定基準中の任意の１つのみが適用される構成を採用できる。或いは、これらの判定基準中の任意の２以上が選択され、選択された２以上の判定基準に対して優先順位が付与され、優先順位に従って組合せの１つが選択される構成を採用することもできる。
〈５〉基地局２０は、判定基準を基に、移動局１０が使用すべき変調方式と符号化率の組合せＪと割当サブチャネル数ＮJ(変調方式，符号化率及びサブチャネル数の組合せの１つ)を決定し、当該組合せの１つと、当該組合せの１つの適用時において通信品質を満たすために必要な送信電力ＴｘＪ(ＮＪ)を移動局１０に通知する。
例えば、判定基準の優先順位が、例えば“要求通信速度の遵守”、“送信電力の最小化”の順で規定された場合、複数の変調方式，符号化率およびサブチャネル数の組合せの中から、第１優先順位に従い、要求通信速度を満たすものが選択(抽出)される。このとき、複数の組み合わせが抽出された場合には、第２優先順位に従い、送信電力が最小になる組合せが選択される。
〈６〉移動局１０は、基地局２０から通知された組合せ(変調方式と符号化率との組合せＪと、サブチャネル数ＮJ)を使用して、通知された送信電力ＴｘＪ(ＮＪ)で通信を行う。
〈７〉伝播環境は時間とともに変動するため、基地局２０は、移動局１０が上り回線に使用する変調方式，符号化率及びサブチャネル数の割当てを定期的(周期的)に行う。
〔実施形態の詳細〕
図１は、本発明を実現する移動局の実施形態を示す図である。図１において、移動局１０は、受信アンテナ１１Ａに接続された受信部１１と、送信アンテナ１２Ａに接続された送信部１２と、測定部１３と、制御部１４とを備える。
図１において、移動局１０は、上り回線にて通信を行う際、基地局２０から送信されてくる共通信号を、受信アンテナ１１Ａを介して受信部１１で受信し、共通信号の受信電力を測定部１３で測定する。受信電力の測定結果は送信部１２に与えられる。制御部１４は、受信信号に基づき、移動局１０の仕様条件(使用可能な変調方式及び符号化率等)および通信要求条件(通信速度，最大送信電力等)を含む送信信号（移動局（無線端末）の能力情報）を送信部１２に与える。送信部１２は、受信電力測定結果と、仕様条件及び通信要求条件とを含む報告を基地局２０に送信する。
図３は、移動局１０(移動局＃１)の報告例を示す。移動局１０は、通信速度，最大送信電力，変調方式及び符号化率，並びに無線環境(共通信号の受信電力測定結果)を含む報告を基地局２０に送信する。
図２は、本発明を実現する基地局の実施形態を示す図である。図２において、基地局２０は、受信アンテナ２１Ａに接続された受信部２１と、送信アンテナ２２Ａに接続された送信部２２と、受信電力測定部２３と、記憶装置部２４と、伝播損算出部２５と、干渉量算出部２６と、割当サブチャネル数算出部２７と、判定条件選択部２８と、割当サブチャネル判定部２９と、制御部３０とを備えている。
なお、伝播損算出部２５が本発明の推定部に相当し、割当サブチャネル数算出部２７及び割当サブチャネル判定部２９が本発明の決定部に相当する。
基地局２０は、移動局１０からの上り回線要求(アクセス要求)を受信アンテナ２１Ａを介して受信部２１で受信する。上り回線要求には、上述した報告(図２)が含まれている。
報告(変調方式及び符号化率，通信速度，共通信号受信電力等)は、記憶装置部２４に格納(記憶)される。また、伝播損算出部２５は、報告に含まれる受信電力測定結果と、基地局２０での共通信号送信電力とから、移動局１０と基地局２０との間の全損失Ｌp(伝播環境に相当)を求める。また、基地局２０は、移動局１０からの受信信号(上り回線要求)の受信電力(全受信電力)を受信電力測定部２３で測定し、その測定結果(全受信電力)に基づく干渉電力Ｉoを干渉量計算部２６で測定(計算)する。
また、基地局２０は、全損失Ｌp、測定した干渉電力Ｉo、および移動局１０(端末)から報告された最大送信電力Ｔｘｍａｘ(記憶装置部２４に格納されている)を用いて、各変調方式と符号化率との組合せｊについて要求通信品質(ＳＩＮＲ)及び最大送信電力を満たすサブチャネル数Ｎjと、各サブチャネル数Ｎjの適用時に必要な移動局１０の送信電力Ｔｘｊ(Ｎｊ)および推定される通信速度Ｔｈｊ(Ｎｊ)とを、割当サブチャネル数算出部２７で算出する。割当サブチャネル数算出部２７は、送信電力Ｔｘｊ(Ｎｊ)及び通信速度Ｔｈｊ(Ｎｊ)の算出に上述した[式１]及び[式２]を用いる。
図４は、サブチャネル数Ｎｊ，送信電力Ｔｘｊ(Ｎｊ)及び通信速度Ｔｈｊ(Ｎｊ)の算出結果例を示す表である。ただし、図４では、説明を簡単にする為に、変調方式と符号化率との組合せｊを{QPSK 1/2, 16QAM 1/2, 64QAM 1/2}の３種類のみに限定し、移動局１０に割当可能な最大サブチャネル数を５サブチャネルと仮定し、推定通信速度の算出に用いる１サブチャネル使用時の通信速度(Th_subj)をそれぞれ{0.2Mbps, 0.4Mbps, 0.6Mbps}とした。
なお、１サブチャネル使用時の通信速度は条件により異なるけれども、例に用いた３種類の変調方式および符号化率の組合せにおける比率(１：２：３)は一定である。図４の表中から、要求通信品質を満たす変調方式および符号化率の組合せＪ及び割当サブチャネル数ＮＪ(変調方式，符号化率及びサブチャネル数の組合せの１つ)を適用することで、要求される通信品質を満たした上で、通信エリアの拡大を実現することが可能となる。
具体的には、図４に示すような算出結果は、割当サブチャネル数算出部２７から割当サブチャネル判定部２９に入力される。割当サブチャネル判定部２９は、判定基準選択部２８で選択されている１以上の判定基準(変調方式，符号化率及びサブチャネル数の組合せの選択条件)に基づき、移動局１０で使用すべき組合せを算出結果(ｊ，Ｎj)の中から選択(決定)する。決定された組合せは、必要送信電力ＴｘＪ(ＮＪ)とともに送信部２２に与えられ、これらを含む送信信号が送信アンテナ２２Ａから移動局１０へ向けて送信される。
なお、判定基準選択部２８で選択される判定基準の種別，種別数，各判定基準に付与される優先順位は、例えば制御部３０による制御を通じて適宜変更可能となっている。推定通信速度Ｔｘj(Ｎj)は、通信速度に係る判定基準の適用時において、組合せ決定のために参照される。また、判定基準“使用可能サブチャネル数”が適用される場合、この“使用可能サブチャネル数”は、基地局２０における未使用のサブチャネル数に応じて増減する。
割り当てサブチャネル判定部２７の動作について更に具体的に説明する。
図２の無線基地局は、高速な無線通信が可能な第１変調方式（例えば１６ＱＡＭ）及び低速な無線通信が可能な第２変調方式（例えばＱＰＳＫ）に対応しており、１以上Ｍ以下（先の例ではＭは５）のサブチャネルを無線端末（移動局）の能力の範囲内で移動局との間の無線通信に利用している。
図４を参照すると、移動局における受信信号の品質であるＳＩＮＲが１０．０５であれば、第１変調方式１６ＱＡＭ、第２変調方式ＱＰＳＫのどちらも利用することができる。また、所要の通信速度が０．８[Ｍｂｐｓ-]であるとすると、図４から、変調方式ＱＰＳＫでサブチャネル４、５、変調方式ＱＡＭでサブチャネル２〜５の組み合わせが選択可能となる。
ここで送信出力を比較すると、１６ＱＡＭでサブチャネル２は、送信出力１５．５１であるが、ＱＰＳＫでサブチャネル４は、送信出力１３．０３であり、必要送信出力が小さい。
従って、割り当てサブチャネル判定部２７は、ＱＰＳＫでサブチャネル４を選択し、送信部２２から選択結果を移動局に通知するように制御する。
このように、変調方式としてより高速なものを選択することができる場合であっても、サブチャネル数を増やし、変調方式としてより低速なものを選択し、結果的に、移動局の送信出力を低く抑えることができる。
また、好ましくは、変調方式ＱＰＳＫでサブチャネル４、５、変調方式ＱＡＭでサブチャネル２〜５の組み合わせのうち、送信出力が最小のもの（ここでは、ＱＰＳＫでサブチャネル４）を選択すると送信出力の最小化が図られる。即ち、判定条件として最低の送信出力を用いるのである。
また、移動局の最大送信出力等の送信出力に上限（例えば１６ｄＢｍ）を設定し、その中で変調方式、サブチャネル数の組み合わせを選択することもできる。
先と同様に、ＳＩＮＲが１０．５ｄＢのときには、変調方式ＱＰＳＫでサブチャネル数１〜５、変調方式１６ＱＡＭでサブチャネル数１又は２が送信出力の条件を満たすが、１６ＱＡＭでサブチャネル数１又は２とするよりも、ＱＰＳＫでサブチャネル数５とする方が通信速度が速い。従って、判定部は２９は、ＱＰＳＫでサブチャネル数５の組み合わせを選択し、送信部２２から選択結果を移動局に通知するように制御する。
このように、変調方式としてより高速なものを選択することができる場合であっても、サブチャネル数を増やし、変調方式としてより低速なものを選択し、結果的に、移動局の通信速度を速くすることができる。
また、好ましくは、変調方式ＱＰＳＫでサブチャネル１〜５、変調方式ＱＡＭでサブチャネル１、２の組み合わせのうち、通信速度が最大のもの（ここでは、ＱＰＳＫでサブチャネル５）を選択すると通信速度の最大化が図られる。即ち、判定条件として最高の通信速度を用いるのである。 図５は、１つの変調方式を使用した場合の基地局２０と移動局１０との間の距離(全損失Ｌp)によって変わるサブチャネル数とそのときに要求される移動局１０の送信電力との関係を概念的に表したものである。図５に示すように、基地局２０と移動局１０との距離が短く(全損失が小さく)なるにつれて、サブチャネル数が増加しても要求される通信品質を満たすことができる。これより、全損失の算出結果に応じて、要求通信品質が満たされる範囲でサブチャネル数を増加させることで、通信速度の向上を図ることができる。
図６は、複数の変調方式を使用した場合の基地局２０と移動局１０との間の距離(全損失)と使用できるサブチャネル数との関係を概念的に表したものである。図６に示すように、基地局２０と移動局１０との距離が短く(全損失が小さく)なるにつれて、要求通信品質(SINR)が高い変調方式を使用することができる。また、要求通信品質が高い変調方式を利用することができる場所では、それよりも要求通信品質が低い変調方式において多くのサブチャネルを使用することができる。
例えば、判定基準として、「使用可能サブチャネル(最大４)」，「要求通信速度の遵守」，及び「送信電力の最小化」が適用され、「使用可能サブチャネル(最大４)」，「要求通信速度の遵守」，「送信電力の最小化」の順で優先順位が付与された場合、図４の算出結果では、通信要求条件(通信速度，最大送信電力)を満たす変調方式，符号化率及びサブチャネル数の組合せは、“(16QAM 1/2)×3サブチャネル”，“(16QAM 1/2)×4サブチャネル”，“(64QAM 1/2)×2サブチャネル”，“(64QAM 1/2)×3サブチャネル”の４つとなる。この中で送信電力が最も少ないものは、“(16QAM 1/2)×3サブチャネル”であり、この組合せが移動局＃１(移動局１０)に割当てられる。
これに対し、判定基準として「使用可能サブチャネル(最大５)」、「通信速度の最大化」、及び「送信電力の最小化」が適用され、「使用可能サブチャネル(最大５)」、「通信速度の最大化」、「送信電力の最小化」の順で優先順位が付与された場合、図４の算出結果において通信速度が最大となるのは、“(16QAM 1/2)×５サブチャネル”であり、この組合せが移動局＃１(移動局１０)に割り当てられる。この組合せは、“(64QAM 1/2)”を使用する組合せよりも通信速度が大きく、かつ送信電力も少なくなっている。
このように、判定基準が変更されることで、使用可能なリソース(サブチャネル)の有効活用を通じて移動局１０の消費電力を抑えたり、通信速度を最大化したりすることが可能となる。
一般に、伝播環境は移動局１０の移動などによって時間とともに変動する。このため、移動局１０が上り回線に使用する変調方式および符号化率とサブチャネル数とを定期的(周期的)に割当てることが必要である。
図７は、本発明の実施形態に従って、移動局が使用する変調方式および符号化率とサブチャネル数が決定される動作の流れを示す。図７の流れ図で示すように、基地局２０は定期的に移動局１０の伝播環境に応じて、上記の算出および判定を行い、移動局１０が使用すべき変調方式および符号化率とサブチャネル数とを決定する。
図７の流れ図を詳細に説明する。図７におけるステップＳ１では、基地局２０(図３)は、移動局１０からのアクセス要求(上り回線要求)を受信アンテナ２１Ａ及び受信部２２で受信する。
ステップＳ１に先立ち、基地局２０は、送信部２２及び送信アンテナ２２Ａから、通信エリア(セル)に向かって共通信号を送信する。この共通信号は移動局１０にて受信電力測定に使用される。アクセス要求には、移動局１０の報告として、受信電力を含む情報が含まれている。
ステップＳ２では、基地局２０は、アクセス要求に含まれる報告に基づき、移動局１０の通信要求条件(通信速度等)、無線環境(下り共通信号の受信電力等)、及び仕様条件(変調方式及び符号化率，最大送信電力等)を識別する。この処理は、例えば制御部３０で行われ、判定条件(判定基準)の決定に用いられる。
ステップＳ３では、伝播損算出部２５が、移動局１０の無線環境(下り共通信号の受信電力等)を用いて、移動局１０と基地局２０との間の全損失Ｌｐを算出する。
ステップＳ４では、測定部２３及び干渉量算出部２６により基地局における干渉状態(干渉量)Ｉoを測定する。続いて、割当サブチャネル数算出部２７が、移動局１０の仕様条件，基地局２０における干渉量Ｉo，全損失Ｌpから、移動局１０で使用可能な変調方式と符号化率との組合せｊのそれぞれに対応する割当サブチャネル数Ｎj，必要送信電力Ｔｘｊ(Ｎｊ)，推定通信速度Ｔｈｊ(Ｎｊ)を算出する。但し、判定基準として、通信速度に係る判定基準が用いられない場合には、推定通信速度の算出は省略しても良い。
ステップＳ５では、割当サブチャネル判定部２９が、判定基準選択部２８にて選択されている１以上の判定基準に応じて、割当サブチャネル数算出部２７で算出された変調方式，符号化率及び割当サブチャネル数の組合せから、移動局１０に割り当てるべき組合せを選択し、送信部２２及び送信アンテナ２２Ａを用いて送信する。これにより、移動局１０が上りリンク通信で使用すべき変調方式，符号化率及びサブチャネル数を含む信号が移動局１０に通知される。
ステップＳ６では、移動局１０(図１)は、基地局２０からの下りリンク通信の信号を受信部１１で受信する。受信部１１で受信された受信信号は、制御部１４に与えられる。制御部１４は、基地局２０から通知された変調方式及び符号化率，並びにサブチャネル数で、上りリンク通信を行うように、送信部１２を制御する。
その後、基地局２０では、一定時間が経過すると、再びステップＳ２〜Ｓ５の処理を行い、移動局１０の状況に応じた変調方式，符号化率及びサブチャネル数を通知する。
図７で示した例では、移動局１０のアクセス要求時と同様に移動局における測定結果から算出される基地局２０と移動局１０との間の伝播損を用いているが、既に通信中であるため、基地局における通信中サブチャネルの受信状態（SINR）、移動局が通信に使用しているサブチャネル数および送信電力から、各変調方式および符号化率に応じた割当サブチャネル数と必要送信電力を算出することも可能である。
〈効果〉
本発明の実施形態によれば、移動局１０と基地局２０との間の伝播損、基地局２０での干渉量および移動局１０の最大送信電力に応じて使用する変調方式および符号化率と、割当てるサブチャネル数とを動的に選択(決定)することにより、要求される通信品質を満たした上でカバレッジの拡大および通信速度の向上が実現できる。
また、本発明の実施形態によれば、使用可能なリソース（サブチャネル）を有効活用して、移動局の消費電力および周りの基地局へ与える干渉を低減することができる。
なお、本実施形態では、直交周波数分割多重(OFDM)を変調方式として用いる通信システムにおいて、各ユーザ(移動局)に任意の数のサブチャネルを割当てることによって周波数分割多元接続(FDMA)を実現する多元接続通信システム(基地局)について説明した。但し、本発明に係る方式は、ＯＦＤＭＡ以外の適応変調方式、可変周波数帯域幅、送信電力制御が適用されるシステムに適用可能である。
本発明は、OFDMA(Orthogonal Frequency Division Multiplexing Access)のように、使用する周波数帯域を複数のサブチャネルに分割し、複数の移動局に１以上のサブチャネルを割当てる通信方式において、通信エリアの拡大、通信容量の向上および移動局の消費電力削減を目的として、各移動局の無線環境(無線電波の伝播環境)、仕様および要求通信速度に応じて行われるサブチャネル割当て手法に関する発明である。
OFDMA通信方式では、下り回線においては、基地局が利用周波数帯域の総てを使用し、
複数の移動局に対してサブチャネルを割当てて信号を送信する。
一方、上り回線では、移動局は、基地局によって各移動局に割当てられたサブチャネルおよび指定された変調方式と符号化率を利用して信号を送信する。
移動局は、割当てられたサブチャネル帯域だけに送信電力を集中することにより電力スペクトル密度を上げ、通信エリアを拡大することができる。しかし、サブチャネル数を少なくし、サブチャネル帯域を狭めることによってユーザ通信速度は低下してしまう。
従来、移動局に関連する通信要求に基づいてサブチャネル（帯域幅）を割当てることが提案されている(例えば、特許文献１)。しかし、特許文献１記載の従来技術では、残りの利用可能な帯域幅が最適化されるように移動局が利用する帯域幅をシステムが決定している。つまり、他の移動局が利用できる帯域幅を多く残す目的としている。このため、従来技術では、利用可能なリソースを有効活用し、通信している移動局における通信速度の向上および消費電力の低減を図ることはできなかった。
特表２００３−５１３５８８号公報 特開２００３−１８１１７号公報 特開２００４−２１４７４６号公報
HSDPA(High Speed Downlink Packet Access)等の通信方式では、無線環境に応じて変調方式を変更する適応変調方式を採用している。しかし、これらの適応変調方式では周波数帯域幅が一定であるため、周波数帯域幅を変更することによる送信電力スペクトル密度の増減に対する影響は考慮されていない。
OFDMA通信方式においてもサブチャネル数を少なくして、サブチャネル数を固定的に割
当てた場合、通信エリアを広げることが出来る。しかし、この場合では、基地局近傍などの無線環境が良い場合でも、変調方式を変更することによる通信速度の向上しか得られない。
変調方式だけでなく、サブチャネル数も動的に変化させた場合、通信エリアの拡大と通信速度の向上が期待できる。但し、変調方式およびサブチャネル数の割当を適切に行わなければならないので、新たな割当方法が要求される。
例えば、サブチャネルの割当てが適切でなく、移動局に指定された変調方式と符号化率に対して必要以上のサブチャネルが割当てられた場合には、移動局から送信される電力スペクトル密度が低下して、基地局にて指定した変調方式と符号化率に対する所要の通信品質を満たすことが出来なくなってしまう。逆に、サブチャネル数が少なく割当てられた場合、本来実現可能な最大ユーザ通信速度を実現できない。
そのため、移動局の電波伝播環境および移動局の最大送信電力を考慮して、動的に適切な変調方式及び符号化率並びにサブチャネル数を割当てる必要がある。
本発明の目的は、変調方式およびサブチャネル割当てによる通信速度の向上を実現可能とする技術を提供することである。また、通信エリアを拡大することである。
また、本発明の他の目的は、移動局の通信要求や移動局の送信電力を判定基準として、適切な変調方式、符号化率およびサブチャネル数を選択することにより、通信速度の向上
および移動局の送信電力低減を図ることが可能な技術を提供することである。
本発明は、上述した目的を達成するために以下の手段を採用する。すなわち、本発明は、移動局に１以上のサブチャネルを割り当て、この１以上のサブチャネルで移動局と上り方向の無線通信を行う基地局装置であって、
移動局から基地局への無線電波の伝播環境を推定する推定部と、
基地局での受信電力から干渉量を算出する干渉量算出部と、
前記伝播環境，前記干渉量，及び前記移動局の仕様条件に基づいて、前記移動局が基地局への送信に使用すべき変調方式，符号化率及びサブチャネル数を前記移動局に通知するためにこれらを決定する決定部とを含む基地局装置である。
好ましくは、本発明の決定部は、前記移動局の送信における通信要求条件を満たす変調方式，符号化率及びサブチャネル数を決定する。
好ましくは、本発明の決定部は、前記干渉量，前記通信要求条件、前記仕様条件に基づき要求される要求通信品質を満たす変調方式，符号化率及びサブチャネル数を決定する。
好ましくは、本発明における仕様条件は、前記移動局で使用可能な複数の変調方式と符号化率との組合せを含み、
前記決定部は、前記伝播環境及び前記干渉量に基づき、前記複数の変調方式と符号化率との組合せの夫々について前記要求通信品質を満たすサブチャネル数を算出し、算出された複数の変調方式，符号化率及びサブチャネル数の組合せから、前記移動局に通知すべき１つを決定する。
好ましくは、本発明における基地局装置において、前記決定部により決定された前記複数の変調方式，符号化率及びサブチャネル数の組合せの１つの適用時における送信電力が算出され、前記移動局に通知される。
好ましくは、本発明における決定部は、前記要求通信品質を満たし、且つ通信速度が最大となる前記複数の変調方式，符号化率及びサブチャネル数の組合せの１つを決定する。
好ましくは、本発明における決定部は、前記要求通信品質を満たし、且つ前記移動局の送信電力が最小となる前記複数の変調方式，符号化率及びサブチャネル数の組合せの１つを決定する。
好ましくは、本発明における決定部は、優先順位を有する複数の判定基準に従って、前記複数の変調方式，符号化率及びサブチャネル数の組合せの１つを決定する。この場合、好ましくは、前記複数の判定基準に付与される優先順位が動的に変更される。
複数の判定基準は、例えば、“通信速度の最大化”，“要求通信速度の遵守”，“送信電力の最小化”，及び“使用可能なサブチャネルの最大数”のうちの少なくとも２つである。
好ましくは、本発明における変調方式，符号化率及びサブチャネル数の決定は、周期的に行われる。
また、本発明では、高速な無線通信が可能な第１変調方式及び低速な無線通信が可能な第２変調方式に対応し、１以上Ｍ以下のサブチャネルを無線端末の能力の範囲内で該無線端末との間の無線通信に利用する無線通信基地局において、前記第１の変調方式とサブチ
ャネル数Ｎ（１≦Ｎ≦Ｍ）の組み合わせである第１組み合わせも、第２変調方式とサブチャネル数Ｎ’（１≦Ｎ’≦Ｍ）の組み合わせである第２組み合わせも所要の通信速度を満たす場合に、該第１組み合わせに対して該第２組み合わせの必要送信出力が小さい場合に、該第２組み合わせを選択する、判定部と、該選択した組み合わせを該無線端末に通知する通知部と、を備えたことを特徴とする無線基地局を用いる。
好ましくは、前記判定部が選択する組み合わせは、前記所要の通信速度を満たす変調方式とサブチャネル数との組み合わせのうち、送信出力を最小とする組み合わせである。
また、本発明では、高速な無線通信が可能な第１変調方式及び低速な無線通信が可能な第２変調方式に対応し、１以上Ｍ以下のサブチャネルを無線端末の能力の範囲内で該無線端末との間の無線通信に利用する無線基地局において、前記第１の変調方式とサブチャネル数Ｎ（１≦Ｎ≦Ｍ）の組み合わせである第１組み合わせも、第２変調方式とサブチャネル数Ｎ’（１≦Ｎ’≦Ｍ）の組み合わせである第２組み合わせも所定の送信出力以下となる場合に、該第１組み合わせに対して該第２組み合わせの通信速度が速い場合に、該第２組み合わせを選択する判定部と、該選択した組み合わせを該無線端末に通知する通知部と、を備えたことを特徴とする無線基地局を用いる。
好ましくは、前記判定部が選択する組み合わせは、前記所定の送信出力以下である変調方式とサブチャネル数との組み合わせのうち、通信速度を最大とする組み合わせである。
本発明によれば、変調方式およびサブチャネル割当てによる通信速度の向上を実現することができる。
また、本発明によれば、移動局の通信要求や移動局の送信電力を判定基準として、適切な変調方式，符号化率およびサブチャネル数を選択することにより、通信速度の向上や移動局の送信電力低減を図ることが可能となる。
本発明を実現する移動局の一実施形態を示す図である。 本発明を実現する基地局の一実施形態を示す図である。 移動局が報告する情報の具体例を説明する図である。 本発明によって算出される変調方式および符号化率と割当サブチャネル数の具体例を説明する図である。 移動局と基地局との伝播損（距離）によって変わる割り当て可能サブチャネル数と送信電力を示す図である。 変調方式および符号化率と割当サブチャネル数によって変わるカバレッジを示す図である。 本発明の変調方式および符号化率と割当サブチャネル数を決定する動作の例を示す流れ図である。
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。実施形態の構成は例示であり、本発明は実施形態の構成に限定されない。
〔実施形態の概要〕
本実施形態では、適切な変調方式と符号化率およびサブチャネル数を選択するために以下の手段を用いる。図１は、本発明に係る移動局(端末装置)の実施形態(構成例)を示し、図２は、本発明に係る基地局装置(多元接続システム)の実施形態(構成例)を示す。
(１)移動局１０は、上り回線において移動局が使用可能な変調方式と符号化率および最大送信電力等の通信能力情報を基地局に報告する手段(送信部１２)を備える。基地局装置
(基地局)２０は、移動局１０から報告された移動局１０が使用可能な変調方式と符号化率および最大送信電力を保持する記憶装置部２４を備える。
(２)基地局２０は、通信エリア(セル)内に位置する総ての移動局１０に対して報知される共通信号を送信する手段(送信部２２)を備える。移動局１０は、基地局２０から報知される共通信号の受信電力を測定する測定部１３と、測定した共通信号受信電力を基地局２０に報告する手段(送信部１２)とを備える。基地局２０は、移動局１０から報告された共通信号受信電力と基地局２０が送信した共通信号送信電力から移動局１０と基地局２０との間の全損失(電波伝播環境)を算出する損失算出部(伝播損算出部２５)を備える。
(３)基地局２０は、全受信電力を測定する受信電力測定部(測定部２３)と、基地局の全受信電力から干渉電力(干渉量)を算出する干渉計算部(干渉量計算部２６)とを備える。
(４)基地局２０は、算出された全損失、干渉電力(干渉量)、移動局１０から報告された最大送信電力並びに使用可能な各変調方式及び符号化率に基づいて要求される(決定され
る)希望電力対干渉電力比(SINR：Signal-to-Interference. and Noise power Ratio)から、移動局１０が対応可能な各変調方式及び符号化率において割当て可能な全てのサブチャネル数の組合せと、そのサブチャネル数を使用した場合に必要な移動局の送信電力と、推定される通信速度を算出する割当サブチャネル数算出部２７を備える。
(５)移動局１０は、上り回線にて通信を行う際に、基地局に対して通信要求条件(通信
速度あるいは通信量)を含むアクセス要求を基地局２０に通知する手段(送信部１２)を備
える。基地局２０は、移動局１０に割当てるべき変調方式及び符号化率並びにサブチャネル数を決定する際に用いる判定基準を移動局１０の通信要求条件や基地局２０のリソースに応じて選択する判定基準選択部２８を備える。
(６)基地局２０は、判定基準選択部２８によって与えられる判定基準に応じて、移動局１０が使用する変調方式及び符号化率並びに割当サブチャネル数を決定する割当サブチャネル判定部２９を備える。
(７)基地局２０は、移動局１０が使用する変調方式，符号化率及びサブチャネル数、並びに送信電力を移動局１０に通知する手段(送信部２２)を備える。移動局１０は、通知された変調方式，符号化率，サブチャネル数及び送信電力で基地局２０に信号を送信する手段(送信部１２)を備える。
〈作用〉
〈１〉移動局１０は、ネットワークエントリ時に、基地局(ネットワーク)に対して、移動局１０が対応可能な変調方式及び符号化率並びに最大送信電力Ｔｘmaxを含む能力情報
の報告を送信する。基地局２０は、その報告を受信して記憶装置部２４に保持する。
〈２〉移動局１０は、基地局２０と移動局１０との間の無線電波の伝播環境を推定するために、基地局２０から送信されている共通信号の受信電力を測定し、上り回線において通信を行う際に、受信電力測定結果と要求通信速度とを基地局２０に報告する。最大送信電力は、これらと同時に報告されることができる。
〈３〉基地局２０は、移動局１０の上り回線における通信要求（共通信号の受信電力測定結果と通信要求条件(通信速度，最大送信電力)）を受け取ると、受信電力測定結果と基地局２０からの共通信号送信電力とから、基地局２０と移動局１０との間の全損失Ｌｐを算出する。また、基地局２０は、基地局２０における干渉電力(干渉量)Ｉｏの測定結果と、移動局１０の最大送信電力と、変調方式と符号化率の組合せｊにおいて要求される要求
通信品質ＳＩＮＲｊとを用いて、各変調方式と符号化率の組合せｊにおいて割当て可能な全てのサブチャネル数Ｎｊと、各サブチャネル数Ｎｊを使用した場合に必要な移動局１０の送信電力Ｔｘｊ(Ｎｊ)および推定される通信速度Ｔｈｊ(Ｎｊ)を以下の式１及び式２より算出する。
Txj(Nj) = Nj* SINRj * Lp * lo (≦Txmax) ・・・[式１]
Thj(Nj) = Nj* Th_subj ・・・[式２]
式２において、Th_subjは、変調方式と符号化率の組合せｊを使用したときの１サブチ
ャネル使用時の通信速度である。
これにより、要求通信品質を満たす変調方式，符号化率及びサブチャネル数の組合せを得ることができる。得られた単数又は複数の組合せの中から、現状よりも通信エリアが拡大する組合せを選択することができる。選択された組合せが移動局１０に通知され、移動局１０が使用することで、要求通信品質を満たした状態においてサブチャネル割当による通信エリア拡大を実現することができる。
〈４〉基地局２０は、移動局１０の要求通信速度および基地局の使用可能サブチャネル数(未使用状態のサブチャネル数)などに応じて、移動局１０が使用すべき変調方式，符号化率及びサブチャネル数の組合せを決定する為の判定基準を選択する。
判定基準として、“通信速度の最大化”、“要求通信速度の遵守”、“送信電力の最小化”、“使用可能サブチャネルの最大数”などを規定することができる。これらの判定基準中の任意の１つのみが適用される構成を採用できる。或いは、これらの判定基準中の任意の２以上が選択され、選択された２以上の判定基準に対して優先順位が付与され、優先順位に従って組合せの１つが選択される構成を採用することもできる。
〈５〉基地局２０は、判定基準を基に、移動局１０が使用すべき変調方式と符号化率の組合せＪと割当サブチャネル数ＮJ(変調方式，符号化率及びサブチャネル数の組合せの１つ)を決定し、当該組合せの１つと、当該組合せの１つの適用時において通信品質を満た
すために必要な送信電力ＴｘＪ(ＮＪ)を移動局１０に通知する。
例えば、判定基準の優先順位が、例えば“要求通信速度の遵守”、“送信電力の最小化”の順で規定された場合、複数の変調方式，符号化率およびサブチャネル数の組合せの中から、第１優先順位に従い、要求通信速度を満たすものが選択(抽出)される。このとき、複数の組み合わせが抽出された場合には、第２優先順位に従い、送信電力が最小になる組合せが選択される。
〈６〉移動局１０は、基地局２０から通知された組合せ(変調方式と符号化率との組合
せＪと、サブチャネル数ＮJ)を使用して、通知された送信電力ＴｘＪ(ＮＪ)で通信を行う。
〈７〉伝播環境は時間とともに変動するため、基地局２０は、移動局１０が上り回線に使用する変調方式，符号化率及びサブチャネル数の割当てを定期的(周期的)に行う。
〔実施形態の詳細〕
図１は、本発明を実現する移動局の実施形態を示す図である。図１において、移動局１０は、受信アンテナ１１Ａに接続された受信部１１と、送信アンテナ１２Ａに接続された送信部１２と、測定部１３と、制御部１４とを備える。
図１において、移動局１０は、上り回線にて通信を行う際、基地局２０から送信されて
くる共通信号を、受信アンテナ１１Ａを介して受信部１１で受信し、共通信号の受信電力を測定部１３で測定する。受信電力の測定結果は送信部１２に与えられる。制御部１４は、受信信号に基づき、移動局１０の仕様条件(使用可能な変調方式及び符号化率等)および通信要求条件(通信速度，最大送信電力等)を含む送信信号（移動局（無線端末）の能力情報）を送信部１２に与える。送信部１２は、受信電力測定結果と、仕様条件及び通信要求条件とを含む報告を基地局２０に送信する。
図３は、移動局１０(移動局＃１)の報告例を示す。移動局１０は、通信速度，最大送信電力，変調方式及び符号化率，並びに無線環境(共通信号の受信電力測定結果)を含む報告を基地局２０に送信する。
図２は、本発明を実現する基地局の実施形態を示す図である。図２において、基地局２０は、受信アンテナ２１Ａに接続された受信部２１と、送信アンテナ２２Ａに接続された送信部２２と、受信電力測定部２３と、記憶装置部２４と、伝播損算出部２５と、干渉量算出部２６と、割当サブチャネル数算出部２７と、判定条件選択部２８と、割当サブチャネル判定部２９と、制御部３０とを備えている。
なお、伝播損算出部２５が本発明の推定部に相当し、割当サブチャネル数算出部２７及び割当サブチャネル判定部２９が本発明の決定部に相当する。
基地局２０は、移動局１０からの上り回線要求(アクセス要求)を受信アンテナ２１Ａを介して受信部２１で受信する。上り回線要求には、上述した報告(図３)が含まれている。
報告(変調方式及び符号化率，通信速度，共通信号受信電力等)は、記憶装置部２４に格納(記憶)される。また、伝播損算出部２５は、報告に含まれる受信電力測定結果と、基地局２０での共通信号送信電力とから、移動局１０と基地局２０との間の全損失Ｌp(伝播環境に相当)を求める。また、基地局２０は、移動局１０からの受信信号(上り回線要求)の
受信電力(全受信電力)を受信電力測定部２３で測定し、その測定結果(全受信電力)に基づく干渉電力Ｉoを干渉量計算部２６で測定(計算)する。
また、基地局２０は、全損失Ｌp、測定した干渉電力Ｉo、および移動局１０(端末)から報告された最大送信電力Ｔｘｍａｘ(記憶装置部２４に格納されている)を用いて、各変調方式と符号化率との組合せｊについて要求通信品質(ＳＩＮＲ)及び最大送信電力を満たすサブチャネル数Ｎjと、各サブチャネル数Ｎjの適用時に必要な移動局１０の送信電力Ｔｘｊ(Ｎｊ)および推定される通信速度Ｔｈｊ(Ｎｊ)とを、割当サブチャネル数算出部２７で算出する。割当サブチャネル数算出部２７は、送信電力Ｔｘｊ(Ｎｊ)及び通信速度Ｔｈｊ(Ｎｊ)の算出に上述した[式１]及び[式２]を用いる。
図４は、サブチャネル数Ｎｊ，送信電力Ｔｘｊ(Ｎｊ)及び通信速度Ｔｈｊ(Ｎｊ)の算出結果例を示す表である。ただし、図４では、説明を簡単にする為に、変調方式と符号化率との組合せｊを{QPSK 1/2, 16QAM 1/2, 64QAM 1/2}の３種類のみに限定し、移動局１０に割当可能な最大サブチャネル数を５サブチャネルと仮定し、推定通信速度の算出に用いる１サブチャネル使用時の通信速度(Th_subj)をそれぞれ{0.2Mbps, 0.4Mbps, 0.6Mbps}とした。
なお、１サブチャネル使用時の通信速度は条件により異なるけれども、例に用いた３種類の変調方式および符号化率の組合せにおける比率(１：２：３)は一定である。図４の表中から、要求通信品質を満たす変調方式および符号化率の組合せＪ及び割当サブチャネル数ＮＪ(変調方式，符号化率及びサブチャネル数の組合せの１つ)を適用することで、要求される通信品質を満たした上で、通信エリアの拡大を実現することが可能となる。
具体的には、図４に示すような算出結果は、割当サブチャネル数算出部２７から割当サブチャネル判定部２９に入力される。割当サブチャネル判定部２９は、判定基準選択部２８で選択されている１以上の判定基準(変調方式，符号化率及びサブチャネル数の組合せ
の選択条件)に基づき、移動局１０で使用すべき組合せを算出結果(ｊ，Ｎj)の中から選択(決定)する。決定された組合せは、必要送信電力ＴｘＪ(ＮＪ)とともに送信部２２に与えられ、これらを含む送信信号が送信アンテナ２２Ａから移動局１０へ向けて送信される。
なお、判定基準選択部２８で選択される判定基準の種別，種別数，各判定基準に付与される優先順位は、例えば制御部３０による制御を通じて適宜変更可能となっている。推定通信速度Ｔｘj(Ｎj)は、通信速度に係る判定基準の適用時において、組合せ決定のために参照される。また、判定基準“使用可能サブチャネル数”が適用される場合、この“使用可能サブチャネル数”は、基地局２０における未使用のサブチャネル数に応じて増減する。
割り当てサブチャネル判定部２９の動作について更に具体的に説明する。
図２の無線基地局は、高速な無線通信が可能な第１変調方式（例えば１６ＱＡＭ）及び低速な無線通信が可能な第２変調方式（例えばＱＰＳＫ）に対応しており、１以上Ｍ以下（先の例ではＭは５）のサブチャネルを無線端末（移動局）の能力の範囲内で移動局との間の無線通信に利用している。
図４を参照すると、移動局における受信信号の品質であるＳＩＮＲが１０．５であれば、第１変調方式１６ＱＡＭ、第２変調方式ＱＰＳＫのどちらも利用することができる。また、所要の通信速度が０．８[Ｍｂｐｓ]であるとすると、図４から、変調方式ＱＰＳＫでサブチャネル数４、５、変調方式１６ＱＡＭでサブチャネル数２〜５の組み合わせが選択可能となる。
ここで送信出力を比較すると、１６ＱＡＭでサブチャネル２は、送信出力１５．５１であるが、ＱＰＳＫでサブチャネル数４は、送信出力１３．０２であり、必要送信出力が小さい。
従って、割り当てサブチャネル判定部２９は、ＱＰＳＫでサブチャネル数４を選択し、送信部２２から選択結果を移動局に通知するように制御する。
このように、変調方式としてより高速なものを選択することができる場合であっても、サブチャネル数を増やし、変調方式としてより低速なものを選択し、結果的に、移動局の送信出力を低く抑えることができる。
また、好ましくは、変調方式ＱＰＳＫでサブチャネル数４、５、変調方式ＱＡＭでサブチャネル数２〜５の組み合わせのうち、送信出力が最小のもの（ここでは、ＱＰＳＫでサブチャネル数４）を選択すると送信出力の最小化が図られる。即ち、判定条件として最低の送信出力を用いるのである。
また、移動局の最大送信出力等の送信出力に上限（例えば１６ｄＢｍ）を設定し、その中で変調方式、サブチャネル数の組み合わせを選択することもできる。
先と同様に、ＳＩＮＲが１０．５ｄＢのときには、変調方式ＱＰＳＫでサブチャネル数１〜５、変調方式１６ＱＡＭでサブチャネル数１又は２が送信出力の条件を満たすが、１６ＱＡＭでサブチャネル数１又は２とするよりも、ＱＰＳＫでサブチャネル数５とする方が通信速度が速い。従って、判定部は２９は、ＱＰＳＫでサブチャネル数５の組み合わせを選択し、送信部２２から選択結果を移動局に通知するように制御する。
このように、変調方式としてより高速なものを選択することができる場合であっても、サブチャネル数を増やし、変調方式としてより低速なものを選択し、結果的に、移動局の通信速度を速くすることができる。
また、好ましくは、変調方式ＱＰＳＫでサブチャネル数１〜５、変調方式１６ＱＡＭでサブチャネル数１、２の組み合わせのうち、通信速度が最大のもの（ここでは、ＱＰＳＫでサブチャネル数５）を選択すると通信速度の最大化が図られる。即ち、判定条件として最高の通信速度を用いるのである。
図５は、１つの変調方式を使用した場合の基地局２０と移動局１０との間の距離(全損失
Ｌp)によって変わるサブチャネル数とそのときに要求される移動局１０の送信電力との関係を概念的に表したものである。図５に示すように、基地局２０と移動局１０との距離が短く(全損失が小さく)なるにつれて、サブチャネル数が増加しても要求される通信品質を満たすことができる。これより、全損失の算出結果に応じて、要求通信品質が満たされる範囲でサブチャネル数を増加させることで、通信速度の向上を図ることができる。
図６は、複数の変調方式を使用した場合の基地局２０と移動局１０との間の距離(全損
失)と使用できるサブチャネル数との関係を概念的に表したものである。図６に示すよう
に、基地局２０と移動局１０との距離が短く(全損失が小さく)なるにつれて、要求通信品質(SINR)が高い変調方式を使用することができる。また、要求通信品質が高い変調方式を利用することができる場所では、それよりも要求通信品質が低い変調方式において多くのサブチャネルを使用することができる。
例えば、判定基準として、「使用可能サブチャネル(最大４)」，「要求通信速度の遵守」，及び「送信電力の最小化」が適用され、「使用可能サブチャネル(最大４)」，「要求通信速度の遵守」，「送信電力の最小化」の順で優先順位が付与された場合、図４の算出結果では、通信要求条件(通信速度，最大送信電力)を満たす変調方式，符号化率及びサブチャネル数の組合せは、“(16QAM 1/2)×3サブチャネル”，“(16QAM 1/2)×4サブチャネル”，“(64QAM 1/2)×2サブチャネル”，“(64QAM 1/2)×3サブチャネル”の４つとなる。この中で送信電力が最も少ないものは、“(16QAM 1/2)×3サブチャネル”であり、この組合せが移動局＃１(移動局１０)に割当てられる。
これに対し、判定基準として「使用可能サブチャネル(最大５)」、「通信速度の最大化」、及び「送信電力の最小化」が適用され、「使用可能サブチャネル(最大５)」、「通信速度の最大化」、「送信電力の最小化」の順で優先順位が付与された場合、図４の算出結果において通信速度が最大となるのは、“(16QAM 1/2)×５サブチャネル”であり、この
組合せが移動局＃１(移動局１０)に割り当てられる。この組合せは、“(64QAM 1/2)”を
使用する組合せよりも通信速度が大きく、かつ送信電力も少なくなっている。
このように、判定基準が変更されることで、使用可能なリソース(サブチャネル)の有効活用を通じて移動局１０の消費電力を抑えたり、通信速度を最大化したりすることが可能となる。
一般に、伝播環境は移動局１０の移動などによって時間とともに変動する。このため、移動局１０が上り回線に使用する変調方式および符号化率とサブチャネル数とを定期的(
周期的)に割当てることが必要である。
図７は、本発明の実施形態に従って、移動局が使用する変調方式および符号化率とサブチャネル数が決定される動作の流れを示す。図７の流れ図で示すように、基地局２０は定期的に移動局１０の伝播環境に応じて、上記の算出および判定を行い、移動局１０が使用すべき変調方式および符号化率とサブチャネル数とを決定する。
図７の流れ図を詳細に説明する。図７におけるステップＳ１では、基地局２０(図３)は、移動局１０からのアクセス要求(上り回線要求)を受信アンテナ２１Ａ及び受信部２１で受信する。
ステップＳ１に先立ち、基地局２０は、送信部２２及び送信アンテナ２２Ａから、通信エリア(セル)に向かって共通信号を送信する。この共通信号は移動局１０にて受信電力測定に使用される。アクセス要求には、移動局１０の報告として、受信電力を含む情報が含まれている。
ステップＳ２では、基地局２０は、アクセス要求に含まれる報告に基づき、移動局１０の通信要求条件(通信速度等)、無線環境(下り共通信号の受信電力等)、及び仕様条件(変
調方式及び符号化率，最大送信電力等)を識別する。この処理は、例えば制御部３０で行
われ、判定条件(判定基準)の決定に用いられる。
ステップＳ３では、伝播損算出部２５が、移動局１０の無線環境(下り共通信号の受信
電力等)を用いて、移動局１０と基地局２０との間の全損失Ｌｐを算出する。
ステップＳ４では、測定部２３及び干渉量算出部２６により基地局における干渉状態(
干渉量)Ｉoを測定する。続いて、割当サブチャネル数算出部２７が、移動局１０の仕様条件，基地局２０における干渉量Ｉo，全損失Ｌpから、移動局１０で使用可能な変調方式と符号化率との組合せｊのそれぞれに対応する割当サブチャネル数Ｎj，必要送信電力Ｔｘ
ｊ(Ｎｊ)，推定通信速度Ｔｈｊ(Ｎｊ)を算出する。但し、判定基準として、通信速度に係る判定基準が用いられない場合には、推定通信速度の算出は省略しても良い。
ステップＳ５では、割当サブチャネル判定部２９が、判定基準選択部２８にて選択されている１以上の判定基準に応じて、割当サブチャネル数算出部２７で算出された変調方式，符号化率及び割当サブチャネル数の組合せから、移動局１０に割り当てるべき組合せを選択し、送信部２２及び送信アンテナ２２Ａを用いて送信する。これにより、移動局１０が上りリンク通信で使用すべき変調方式，符号化率及びサブチャネル数を含む信号が移動局１０に通知される。
ステップＳ６では、移動局１０(図１)は、基地局２０からの下りリンク通信の信号を受信部１１で受信する。受信部１１で受信された受信信号は、制御部１４に与えられる。制御部１４は、基地局２０から通知された変調方式及び符号化率，並びにサブチャネル数で、上りリンク通信を行うように、送信部１２を制御する。
その後、基地局２０では、一定時間が経過すると、再びステップＳ２〜Ｓ５の処理を行い、移動局１０の状況に応じた変調方式，符号化率及びサブチャネル数を通知する。
図７で示した例では、移動局１０のアクセス要求時と同様に移動局における測定結果から算出される基地局２０と移動局１０との間の伝播損を用いているが、既に通信中であるため、基地局における通信中サブチャネルの受信状態（SINR）、移動局が通信に使用しているサブチャネル数および送信電力から、各変調方式および符号化率に応じた割当サブチャネル数と必要送信電力を算出することも可能である。
〈効果〉
本発明の実施形態によれば、移動局１０と基地局２０との間の伝播損、基地局２０での干渉量および移動局１０の最大送信電力に応じて使用する変調方式および符号化率と、割当てるサブチャネル数とを動的に選択(決定)することにより、要求される通信品質を満たした上でカバレッジの拡大および通信速度の向上が実現できる。
また、本発明の実施形態によれば、使用可能なリソース（サブチャネル）を有効活用して、移動局の消費電力および周りの基地局へ与える干渉を低減することができる。
なお、本実施形態では、直交周波数分割多重(OFDM)を変調方式として用いる通信システムにおいて、各ユーザ(移動局)に任意の数のサブチャネルを割当てることによって周波数分割多元接続(FDMA)を実現する多元接続通信システム(基地局)について説明した。但し、本発明に係る方式は、ＯＦＤＭＡ以外の適応変調方式、可変周波数帯域幅、送信電力制御が適用されるシステムに適用可能である。
（付記１）
移動局に１以上のサブチャネルを割り当て、この１以上のサブチャネルで移動局と上り方向の無線通信を行う基地局装置であって、
移動局から基地局への無線電波の伝播環境を推定する推定部と、
基地局での受信電力から干渉量を算出する干渉量算出部と、
前記伝播環境，前記干渉量，及び前記移動局の仕様条件に基づいて、前記移動局が基地局への送信に使用すべき変調方式，符号化率及びサブチャネル数を前記移動局に通知するためにこれらを決定する決定部と
を含む基地局装置。（１）
（付記２）
前記決定部は、前記移動局の送信における通信要求条件を満たす変調方式，符号化率及びサブチャネル数を決定する
付記１記載の基地局装置。（２）
（付記３）
前記決定部は、前記干渉量，前記通信要求条件、前記仕様条件に基づき要求される要求通信品質を満たす変調方式，符号化率及びサブチャネル数を決定する
付記１記載の基地局装置。（３）
（付記４）
前記仕様条件は、前記移動局で使用可能な複数の変調方式と符号化率との組合せを含み、
前記決定部は、前記伝播環境及び前記干渉量に基づき、前記複数の変調方式と符号化率との組合せの夫々について前記要求通信品質を満たすサブチャネル数を算出し、算出された複数の変調方式，符号化率及びサブチャネル数の組合せから、前記移動局に通知すべき１つを決定する
付記３に記載の基地局装置。（４）
（付記５）
前記決定部により決定された前記複数の変調方式，符号化率及びサブチャネル数の組合せの１つの適用時における送信電力が算出され、前記移動局に通知される
付記４に記載の基地局装置。（５）
（付記６）
前記決定部は、前記要求通信品質を満たし、且つ通信速度が最大となる前記複数の変調方式，符号化率及びサブチャネル数の組合せの１つを決定する
付記４又は５に記載の基地局装置。（６）
（付記７）
前記決定部は、前記要求通信品質を満たし、且つ通信速度が前記移動局の要求通信速度を遵守する前記複数の変調方式，符号化率及びサブチャネル数の組合せの１つを決定する付記４又は５に記載の基地局装置。
（付記８）
前記決定部は、前記要求通信品質を満たし、且つ前記移動局の送信電力が最小となる前記複数の変調方式，符号化率及びサブチャネル数の組合せの１つを決定する
付記４又は５に記載の基地局装置。（７）
（付記９）
前記決定部は、優先順位を有する複数の判定基準に従って、前記複数の変調方式，符号化率及びサブチャネル数の組合せの１つを決定する
付記４に記載の基地局装置。（８）
（付記１０）
前記複数の判定基準に付与される優先順位が動的に変更される
付記９に記載の基地局装置。（９）
（付記１１）
前記複数の判定基準は、“通信速度の最大化”，“要求通信速度の遵守”，“送信電力の最小化”，及び“使用可能なサブチャネルの最大数”のうちの少なくとも２つである
付記９又は１０に記載の基地局装置。（１０）
（付記１２）
高速な無線通信が可能な第１変調方式及び低速な無線通信が可能な第２変調方式に対応し、１以上Ｍ以下のサブチャネルを無線端末の能力の範囲内で該無線端末との間の無線通信に利用する無線通信システムにおいて、
前記第１の変調方式とサブチャネル数Ｎ（１≦Ｎ≦Ｍ）の組み合わせである第１組み合わせも、第２変調方式とサブチャネル数Ｎ’（１≦Ｎ’≦Ｍ）の組み合わせである第２組み合わせも所要の通信速度を満たす場合に、該第１組み合わせに対して該第２組み合わせの必要送信出力が小さい場合に、該第２組み合わせを選択する、判定部と、
該選択した組み合わせを該無線端末に通知する通知部と、
を備えたことを特徴とする無線基地局。（１１）
（付記１３）
前記判定部が選択する組み合わせは、前記所要の通信速度を満たす変調方式とサブチャネル数との組み合わせのうち、送信出力を最小とする組み合わせである、
ことを特徴とする無線基地局。
（付記１４）
高速な無線通信が可能な第１変調方式及び低速な無線通信が可能な第２変調方式に対応し、１以上Ｍ以下のサブチャネルを無線端末の能力の範囲内で該無線端末との間の無線通信に利用する無線通信システムにおいて、
前記第１の変調方式とサブチャネル数Ｎ（１≦Ｎ≦Ｍ）の組み合わせである第１組み合わせも、第２変調方式とサブチャネル数Ｎ’（１≦Ｎ’≦Ｍ）の組み合わせである第２組み合わせも所定の送信出力以下となる場合に、該第１組み合わせに対して該第２組み合わせの通信速度が速い場合に、該第２組み合わせを選択する、判定部と、
該選択した組み合わせを該無線端末に通知する通知部と、
を備えたことを特徴とする無線基地局。（１２）
（付記１５）
前記判定部が選択する組み合わせは、前記所定の送信出力以下である変調方式とサブチャネル数との組み合わせのうち、通信速度を最大とする組み合わせである、
ことを特徴とする無線基地局。
１０・・・移動局(端末装置)
１１・・・受信部
１１Ａ・・・受信アンテナ
１２・・・送信部
１２Ａ・・・送信アンテナ
１３・・・測定部
１４・・・制御部
２０・・・基地局装置
２１・・・受信部
２１Ａ・・・受信アンテナ
２２・・・送信部
２２Ａ・・・送信アンテナ
２３・・・受信電力測定部
２４・・・記憶装置部
２５・・・伝播損算出部
２６・・・干渉量算出部
２７・・・割当サブチャネル数算出部
２８・・・判定基準選択部
２９・・・割当サブチャネル判定部
３０・・・制御部

Claims (15)

  1. 移動局に１以上のサブチャネルを割り当て、この１以上のサブチャネルで移動局と上り方向の無線通信を行う基地局装置であって、
    移動局から基地局への無線電波の伝播環境を推定する推定部と、
    基地局での受信電力から干渉量を算出する干渉量算出部と、
    前記伝播環境，前記干渉量，及び前記移動局の仕様条件に基づいて、前記移動局が基地局への送信に使用すべき変調方式，符号化率及びサブチャネル数を前記移動局に通知するためにこれらを決定する決定部と
    を含む基地局装置。
  2. 前記決定部は、前記移動局の送信における通信要求条件を満たす変調方式，符号化率及びサブチャネル数を決定する
    請求項１記載の基地局装置。
  3. 前記決定部は、前記干渉量，前記通信要求条件、前記仕様条件に基づき要求される要求通信品質を満たす変調方式，符号化率及びサブチャネル数を決定する
    請求項１又は２記載の基地局装置。
  4. 前記仕様条件は、前記移動局で使用可能な複数の変調方式と符号化率との組合せを含み、
    前記決定部は、前記伝播環境及び前記干渉量に基づき、前記複数の変調方式と符号化率との組合せの夫々について前記要求通信品質を満たすサブチャネル数を算出し、算出された複数の変調方式，符号化率及びサブチャネル数の組合せから、前記移動局に通知すべき１つを決定する
    請求項３に記載の基地局装置。
  5. 前記決定部により決定された前記複数の変調方式，符号化率及びサブチャネル数の組合せの１つの適用時における送信電力が算出され、前記移動局に通知される
    請求項４に記載の基地局装置。
  6. 前記決定部は、前記要求通信品質を満たし、且つ通信速度が最大となる前記複数の変調方式，符号化率及びサブチャネル数の組合せの１つを決定する
    請求項４又は５に記載の基地局装置。
  7. 前記決定部は、前記要求通信品質を満たし、且つ通信速度が前記移動局の要求通信速度を遵守する前記複数の変調方式，符号化率及びサブチャネル数の組合せの１つを決定する
    請求項４又は５に記載の基地局装置。
  8. 前記決定部は、前記要求通信品質を満たし、且つ前記移動局の送信電力が最小となる前記複数の変調方式，符号化率及びサブチャネル数の組合せの１つを決定する
    請求項４又は５に記載の基地局装置。
  9. 前記決定部は、優先順位を有する複数の判定基準に従って、前記複数の変調方式，符号化率及びサブチャネル数の組合せの１つを決定する
    請求項４に記載の基地局装置。
  10. 前記複数の判定基準に付与される優先順位が動的に変更される
    請求項９に記載の基地局装置。
  11. 前記複数の判定基準は、“通信速度の最大化”，“要求通信速度の遵守”，“送信電力の最小化”，及び“使用可能なサブチャネルの最大数”のうちの少なくとも２つである
    請求項９又は１０に記載の基地局装置。
  12. 高速な無線通信が可能な第１変調方式及び低速な無線通信が可能な第２変調方式に対応し、１以上Ｍ以下のサブチャネルを該無線端末の能力の範囲内で該無線端末との間の無線通信に利用する無線通信システムにおいて、
    前記第１の変調方式とサブチャネル数Ｎ（１≦Ｎ≦Ｍ）の組み合わせである第１組み合わせも、第２変調方式とサブチャネル数Ｎ’（１≦Ｎ≦Ｍ）の組み合わせである第２組み合わせも所要の通信速度を満たす場合に、該第１組み合わせに対して該第２組み合わせの必要送信出力が小さい場合に、該第２組み合わせを選択する、判定部と、
    該選択した組み合わせを該無線端末に通知する通知部と、
    を備えたことを特徴とする無線基地局。
  13. 前記判定部が選択する組み合わせは、前記所要の通信速度を満たす変調方式とサブチャネル数との組み合わせのうち、送信出力を最小とする組み合わせである、
    ことを特徴とする請求項１２記載の無線基地局。
  14. 高速な無線通信が可能な第１変調方式及び低速な無線通信が可能な第２変調方式に対応し、１以上Ｍ以下のサブチャネルを該無線端末の能力の範囲内で該無線端末との間の無線通信に利用する無線通信システムにおいて、
    前記第１の変調方式とサブチャネル数Ｎ（１≦Ｎ≦Ｍ）の組み合わせである第１組み合わせも、第２変調方式とサブチャネル数Ｎ’（１≦Ｎ≦Ｍ）の組み合わせである第２組み合わせも所定の送信出力以下となる場合に、該第１組み合わせに対して該第２組み合わせの通信速度が速い場合に、該第２組み合わせを選択する、判定部と、
    該選択した組み合わせを該無線端末に通知する通知部と、
    を備えたことを特徴とする無線基地局。
  15. 前記判定部が選択する組み合わせは、前記所定の送信出力以下である変調方式とサブチャネル数との組み合わせのうち、通信速度を最大とする組み合わせである、
    ことを特徴とする請求項１４記載の無線基地局。
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