JPWO2008120646A1 - 無線通信装置および無線通信方法 - Google Patents

Abstract

複数の周波数チャネルを有し、複数の異なる端末と無線通信が可能な無線通信装置１０は、端末の通信品質の優先度を示すランクに応じて、ランクの異なる端末には異なる周波数チャネルを割り当てるチャネル割り当て制御部１５を備えている。

Description

関連出願の相互参照

本出願は、２００７年３月２９日に出願された日本国特許出願２００７−８９０３８号の優先権を主張するものであり、この先の出願の開示全体をここに参照のために取り込む。

本発明は、複数のアンテナからなるアンテナアレイを有する基地局と無線端末の間で、デジタル通信経路を確立する無線通信装置およびその制御方法に関する。

関連技術

現在、ＴＤＭＡ−ＴＤＤ（Time Division Multiple Access - Time Division Duplex（以下、「時分割多重」と略す））の通信方式を用いた無線通信規格に準拠している通信システムとしては、主にＰＨＳ（Personal Handyphone System）やｉ−Ｂｕｒｓｔ（登録商標）システムがある。これらの仕様は、電波産業会（ＡＲＩＢ）のARIB STD-28にて規定されている。特に、ｉ−Ｂｕｒｓｔシステムについては、米国規格協会（ＡＮＳＩ）／ＡＴＩＳ（Alliance for Telecommunications Industry Solutions）において、ＨＣ−ＳＤＭＡ（High Capacity - Spatial Division Multiple Access）の名称で、WTSC-2005-032にて規格化され、標準化が進められている。

特に、ｉ−Ｂｕｒｓｔシステムは、その要素技術として、アダプティブアンテナアレイ技術を用いている。このシステムでは、図６に示すように、基地局１０が少なくとも複数のアンテナを備えている。基地局１０は、その各アンテナが無線通信端末１からの電波を受信すると、受信した電波の受信状態を解析して、各アンテナの電波受信レベルおよび位相を、電波環境の変化に応じて適応的に制御する。図６に示すように、基地局１０は、通信を行いたい方向には指向性が最大となるポイントを向けて（ビームフォーミング）希望波を強調し、かつ干渉波の方向には逆位相波を配して指向性が落ち込むポイント（ヌル点）を形成して干渉を回避する。これにより、他システムまたは他端末からの妨害波を排除して干渉を抑圧できるので、高いデータレートで良好な通信環境が実現できる。

さらに、このシステムでは、その要素技術として、ＳＤＭＡ（Space Division Multiple Access（以下、「空間多重」と略す））技術も用いている。これは、図７に示すように、アダプティブアンテナアレイの技術を複数のビームに拡張することにより、基地局１０がカバーするセル内で、例えば複数の無線通信端末１、２および３を、同一のチャネル内に収容できる。この技術により、例えば特表２００１−５０７８８９号公報および特開２００２−５８０６１号公報に開示されているように、同一のタイミングで、同一周波数を用いて、別の端末と違うデータを同時に通信することができる。実際にＰＨＳやＨＣ−ＳＤＭＡなどは、これらの技術を用いている。

次に、ＡＮＳＩ／ＡＴＩＳにおいて、ＨＣ−ＳＤＭＡとして、WTSC-2005-032にて提案されているチャネルの構成について、図８の概念図を参照して説明する。ＨＣ−ＳＤＭＡにおいては、周波数分割多元接続（Frequency Division Multiple Access：ＦＤＭＡ）により、５ＭＨｚの周波数帯域を、それぞれが６２５ｋＨｚの周波数を有するｆ１〜ｆ８の８つの周波数チャネルに分割している。

また、ｆ１〜ｆ８の各周波数チャネルは、時分割多重により、それぞれ図の奥行き方向に３タイムスロットを設けている。図の奥行き方向の時間軸を横軸に拡大したものを、図の下方に示してある。各周波数チャネルに、各５４５μｓのアップリンク（Uplink）スロットを３つ、各１０９０μｓのダウンリンク（Downlink）スロットを３つ設けることにより、時分割複信（ＴＤＤ）を実現している。

さらに、空間多重により、ｆ１〜ｆ８の各周波数チャネルにおいて、基地局は、それぞれ複数の端末と同時に通信を行うことが可能である。以下、この空間多重によるチャネル（Spatial Channel）を単に「ＳＣ」と略記し、例えば各周波数チャネルにおいて、基地局が３つの端末と同時に通信を行うことができることを、「３ＳＣ」と表記する。

したがって、５ＭＨｚの周波数帯全体としては、図９に示すように、８つの各周波数チャネルがそれぞれ３つのタイムスロットを有し、さらに各サブチャネルは３ＳＣであるので、理論上のチャネルは、８［Frequency Channels］×３［Time Slots］×３［Spatial Channels］＝７２［streams］となる。実際には、ある特定の周波数チャネルにて、最初のタイムスロットは制御チャネルとして用いられるので、基地局が実際に端末を接続して、ユーザが通信に使用することができるのは、６９［streams］となる。

これにより、各ストリームのデータレートは、電波状態が良好な場合には、３５４ｋｂｐｓ／１１５ｋｂｐｓ（Downlink/Uplink）を達成することができる。

しかしながら、実際に同一の基地局に無線で接続する端末が多くなるにつれて、同一チャネル干渉などの原因により、快適な通信が妨げられるという問題がある。基地局１０の同一セル内に存在する無線通信端末が増加して多数の無線通信端末が存在するようになった場合、基地局が空間多重を行うことにより、同一周波数かつ同一タイミングのチャネルで複数の無線通信端末が同時に通信でき、周波数の利用効率を向上させることができる。しかしながら、この空間多重においては、常に同一チャネル干渉を除去できることが重要であり、どのような電波環境においても、安定して各無線通信端末のチャネルを分離できなければ、データレートが低下するなど、通信の品質が劣化してしまう。通信品質を劣化させないようにするために、空間多重などの多重数を低減させれば、今度は周波数の利用効率が低下してしまう。

したがって、かかる事情に鑑みてなされた本発明の目的は、周波数の利用効率を低減させずに、無線通信端末の各ユーザに応じたＱｏＳ（Quality of Service）を確保し、通信品質に対する満足度も低減させない無線通信装置および無線通信方法を提供することにある。

上記目的を達成する第１の観点に係る無線通信装置の発明は、
複数の周波数チャネルを有し、複数の異なる端末と無線通信が可能な無線通信装置において、
前記端末の通信品質の優先度を示すランクを把握するランク把握部と、
把握したランクに応じて、ランクの異なる端末には異なる周波数チャネルを割り当てるチャネル割り当て制御部と、
を備えることを特徴とするものである。

第２の観点に係る発明は、第１の観点に係る無線通信装置において、
前記チャネル割り当て制御部は、
前記端末の通信品質の優先度を示すランクに応じて、予め設定された周波数チャネルを割り当てることを特徴とするものである。

第３の観点に係る発明は、第１の観点に係る無線通信装置において、
前記チャネル割り当て制御部は、前記端末から接続要求があったときに、
周波数チャネルの使用状況に応じて、前記ランクの異なる端末に、異なる周波数チャネルを割り当てることを特徴とするものである。

さらに、上記目的を達成する第４の観点に係る無線通信方法の発明は、
複数の周波数チャネルを有し、複数の異なる端末と無線通信が可能な無線通信装置における無線通信方法において、
前記端末の通信品質の優先度を示すランクを把握するステップと、
把握したランクに応じて、ランクの異なる端末には異なる周波数チャネルを割り当てて通信するステップと、
を含むことを特徴とするものである。

第５の観点に係る発明は、第４の観点に係る無線通信方法において、
隣接する無線通信装置における前記周波数チャネルの使用状況に関する情報を、隣接する無線通信装置間で共有する共有ステップと、
共有した前記周波数チャネルの使用状況に関する情報に基づいて、前記端末がハンドオーバを実行する際の周波数チャネルの割り当てを制御する制御ステップと、
を更に備えることを特徴とするものである。

第１実施の形態に係る基地局１０の要部の概略構成を示すブロック図である。 第１実施の形態に係る各種無線通信サービスの仕様の例を示す図である。 第１実施の形態のチャネルの多重化を説明する概念図である。 第２実施の形態のチャネル多重化の処理を説明するフローチャートである。 第３実施の形態のチャネル使用状況の共有化の処理を説明するフローチャートである。 アダプティブアンテナアレイを説明する概念図である。 空間多重を説明する概念図である。 ＨＣ−ＳＤＭＡのチャネル構成を説明する概念図である。 ＨＣ−ＳＤＭＡのチャネルの多重化を説明する概念図である。

以下、本発明の実施の形態について、図を参照して説明する。

（第１実施の形態）
図１は、本発明の第１実施の形態に係る無線通信装置である無線通信の基地局１０の要部の概略構成を示すブロック図である。なお、第１実施の形態に係る基地局１０は、基本的には既知のＰＨＳやｉ−Ｂｕｒｓｔ（登録商標）などの無線通信システムに用いる基地局とほぼ同様の構成を有するもので、主として制御部１５の構成およびこれによる制御が異なるものである。

本実施の形態による基地局１０は、図１に示すように、ｎ本（ｎは２以上の自然数）のアンテナＡＮＴ−１〜ＡＮＴ−ｎを備え、これらのアンテナＡＮＴは送受信切り替えスイッチ１１に接続される。送受信切り替えスイッチ１１は、これらアンテナＡＮＴ−１〜ＡＮＴ−ｎに対して、時分割で送信と受信とを切り替える。送受信切り替えスイッチ１１には、受信系モジュール１２と送信系モジュール１３とが接続される。

受信系モジュール１２は、図示しないが、各アンテナＡＮＴ−１〜ｎに備えた、ｎ個のローノイズ増幅器、ダウンコンバータ、Ａ／Ｄコンバータにより構成される。送信系モジュール１３は、同様に、図示しないが、各アンテナＡＮＴ−１〜ｎに備えた、ｎ個のＤ／Ａコンバータ、アッパコンバータ、乗算回路により構成される。そして、２つの無線通信端末との通信に際して空間多重する場合は、乗算回路を使って各無線通信端末に異なる重みで信号を送信できるようにする。

モデム部１４は、送受信データの変復調およびデジタル信号処理による位相制御を行う。このモデム部１４は制御部１５に接続され、この制御部１５を介してネットワークと情報の交換を行う。制御部１５は、基地局１０全体の制御を行う。電源部１６は、ＡＣ１００Ｖの電源の供給を受けて、所定のＤＣ電圧に変換して、基地局１０の各部に供給する。

基地局１０では、ｎ本のアンテナから受信した受信信号（振幅と位相）に基づいて、各アンテナに対しそれぞれ所定の重み付けで送信するアダプティブアレイアンテナシステムによる送信を行って、空間多重を実現する。この基地局１０は、各無線通信端末（図示せず）と無線通信を行うが、無線通信端末そのものは、既知のものと変わるところはないため、説明を省略する。

次に、各無線通信端末のユーザに対する無線通信サービスの提供について説明する。

本実施の形態においては、無線通信サービスを開始するためのユーザとの契約時に、無線通信サービス提供者が、例えば図２に示すような、料金および通信品質が異なる複数の通信サービスを提供して、各サービスの中からユーザに所望のサービスを選択させて、契約を締結する。図２の例では、無線通信サービス提供者が４種類のサービスを提供し、通信品質の高い無線通信サービスほど、料金が高額になるように設定する。すなわち、異なる料金のサービスに従って、ユーザを通信品質のランクに応じて分類し、ランクの高いユーザほど優先的に通信品質の高いサービスを受けられるようにする。

例えば、図２においては、ランクが最上位である、サービス名称が「プラチナユーザ」のサービスは、この４コースのサービスの中では通信品質が最も高く、料金も最も高額に設定する。逆に、ランクが最下位である、サービス名称が「ブロンズユーザ」のサービスは、４コース中で通信品質が最も低く、料金も最も安価に設定する。

次に、基地局１０におけるチャネルの割り当てについて説明する。

基地局１０の制御部１５に含まれる記憶部（図示せず）には、各無線通信サービスに割り当てられるユーザのチャネルを指定するための、例えば図３に示すようなテーブルを予め記憶させる。無線通信端末が移動して基地局１０の電波受信可能エリア内に入り、基地局１０との無線通信を行う際に、制御部１５は、無線通信端末の識別情報から、その無線通信端末について契約された無線通信サービスが図２のどのサービスなのかを識別する。このため、制御部１５は、端末の通信品質の優先度を示すランクを把握するランク把握部（図示せず）を含む。無線通信端末の通信サービスが識別できたら、無線通信を開始するに際して、制御部１５は、図３のテーブルの各サービスと周波数との対応に基づいて、当該無線通信端末と通信を行う際の周波数を決定する。このため、制御部１５は、把握したランクに応じて前記ランクの異なる端末には異なる周波数チャネルを割り当てる、チャネル割り当て制御部（図示せず）も含む。

すなわち、通信を開始する端末が例えば「ブロンズユーザ」用サービスであった場合には、使用する周波数チャネルは８チャネルのうちのｆ１またはｆ２に限定される。また、通信を開始する端末が「プラチナユーザ」用サービスであった場合には、使用する周波数チャネルはｆ７またはｆ８に限定される。このように、無線通信のサービスのランクに応じて、別の周波数を使用して通信を行うことで、異なるランクの通信サービスで契約しているユーザの無線通信端末が同じ周波数を使用して無線通信を行うことがなくなる。

さらに、図３に示すように、プラチナユーザ用サービスの周波数チャネルｆ７およびｆ８は、空間多重数を例えば１にする（１ＳＣ）など少ない多重数に設定し、ブロンズユーザ用サービスの周波数チャネルｆ１およびｆ２は、多重数を例えば４にする（４ＳＣ）など比較的多い多重数に設定する。このように、ランクの高いサービス、すなわち料金設定の高額なサービスになるにつれて、空間多重数を順次減らすような設定にする。このように設定することで、ランクの高い高額な通信サービスでは、空間多重数が少ないため、１つのチャネルの独占率が高くなり、同一チャネル干渉が少なく通信品質の高いサービスの通信を提供できる。ランクの低い通信サービスでは、空間多重が多くなるため、ランクの高い通信サービスに比べると通信品質は劣ることになるが、その分安価なサービスを提供できる。

（第２実施の形態）
次に、本発明の第２実施の形態について説明する。

第２実施の形態にかかる基地局１０は、基本的には第１実施の形態に用いる基地局１０とほぼ同様の構成を有するもので、制御部１５の構成およびこれによる制御が異なるものである。

第２実施の形態では、第１実施の形態とは異なり、各無線通信サービスに割り当てられるランク別のチャネルを指定するためのテーブルを予め記憶部に記憶させておくのではなく、各通信サービスの無線通信端末と通信を開始する際に、チャネルの決定を動的に行う。

以下、図４のフローチャートを参照して、第２実施の形態に係るチャネル割り当て制御について説明する。

先ず、ステップＳ１では、通信をスタートするにあたり、基地局１０が無線通信端末から接続要求を受ける際に、基地局１０に空いている周波数チャネルがあれば、どのランクのサービスのユーザであっても、その周波数チャネルを使用して通信を開始できるようにする。すなわち、仮に最もランクの低いブロンズユーザ用サービスでも、空いている周波数チャネルであれば、どこでも使用して無線通信を行う。

次に、より高いランクのサービス、例えばプラチナユーザ用サービスで契約している無線通信端末からの接続要求があれば（ステップＳ２）、例えば空間多重数を１にした周波数チャネルを確保して（ステップＳ３）、無線通信を開始する。これにより、周波数チャネルの全てがプラチナユーザで埋まっている場合を除いて、他のランクのサービスよりも優先してチャネルが確保される。

また、その次に高いランクのサービス、例えばゴールドユーザ用サービスで契約している無線通信端末からの接続要求があれば（ステップＳ４）、例えば空間多重数を２にした周波数チャネルを確保して（ステップＳ５）、無線通信を開始する。これにより、周波数チャネルの全てがプラチナユーザまたはゴールドユーザで埋まっている場合を除いて、それ以下のランクのサービスよりも優先してチャネルが確保される。

さらに、その次に高いランクのサービス、例えばシルバーユーザ用サービスで契約している無線通信端末からの接続要求があれば（ステップＳ６）、例えば空間多重数を３にした周波数チャネルを確保して（ステップＳ７）、無線通信を開始する。これにより、周波数チャネルの全てがプラチナユーザ、ゴールドユーザまたはシルバーユーザで埋まっている場合を除いて、ブロンズユーザ用のサービスよりも優先してチャネルが確保される。

ランクの最も低いユーザ用のサービス以外、つまり本例ではブロンズユーザ以外のサービスによる無線通信が終了したら（ステップＳ８）、当該無線通信で使用していた周波数チャネルの確保を解除して（ステップＳ９）、次の無線通信端末からの接続要求にそなえる。

このように、本実施の形態では、優先度の高いサービス用のチャネルを初めから確保せずに、優先度の高いサービスで契約している無線通信端末からの接続要求があった時点で、サービスのランクに応じた空間多重数の周波数チャネルを動的に割り当てるようにする。これにより、予め確保しておいた高ランクのサービス用のチャネルが使われていないという状況がなくなるので、周波数の利用効率をいっそう高めることができる。

さらに、このように周波数チャネルを動的に割り当てるようにすれば、例えばプラチナユーザ用サービスのような優先度の高いサービスの接続要求が多数あった際、優先度が比較的低いランクのサービスでは未使用の周波数チャネルがあるのにプラチナユーザ用サービスのチャネルが利用できない、という不具合も生じない。

（第３実施の形態）
次に、本発明の第３実施の形態について説明する。

第３実施の形態では、第１実施の形態で説明した、各無線通信サービスに応じて予め割り当てたチャネルのテーブルの情報、または、第２実施の形態で説明した、周波数チャネルを動的に割り当てるテーブルの情報を、隣接基地局間で共有する。したがって、本実施の形態に係る基地局１０も、基本的には第１および第２実施の形態に用いる基地局１０とほぼ同様の構成を有するもので、制御部１５の構成およびこれによる制御が異なるものである。

第１実施の形態にて図１のブロック図で説明した基地局１０は、制御部１５がネットワークに接続されていたが、第３実施の形態で用いる基地局１０は、そのネットワークを介して、隣接する他の基地局と通信することにより、当該他の基地局の記憶手段に記憶されている各種情報を参照できるようにする。ここで参照する各種情報とは、当該他の基地局が現在制御しているチャネル構成の情報や、既に登録されている各無線通信端末のサービスのランク情報や、接続要求をしてきた無線通信端末の情報などが想定され、これらを必要に応じて参照する。

なお、隣接基地局間の通信を行うに際しては、複数の基地局を統括制御する制御手段を持たないシステムにおいては、各基地局同士で通信を行うようにする構成が考えられる。また複数の基地局を統括制御する制御手段を有するシステムでは、当該制御手段から上記各種情報が配信され、それを各基地局が受信するような構成にすることも可能である。

次に、図５のフローチャートを参照して、第３実施の形態に係る隣接基地局間でチャネル構成の情報を共有する処理の要部を説明する。

まず、ステップＳ２１にて、ある基地局１０の制御部１５は、自局に隣接する各基地局（図示せず）の記憶部に記憶されている、基地局内のチャネル構成の情報をチェックする。次に、このチェックの結果得られた情報に基づいて、優先度の高い、つまりランクの高いサービスについてのチャネル割り当ての状態が、自局の記憶部に記憶されているものと異なるかどうか判定する（ステップＳ２２）。この判定の結果、チャネル割り当て状態が自局の記憶部に記憶されたものと異なる場合、情報の同期を取り（ステップＳ２３）、自局の情報と隣接基地局の情報（周波数チャネルの使用状況に関する情報）とを共有する。これは、隣接する無線通信装置における前記周波数チャネルの使用状況に関する情報を、隣接する無線通信装置間で共有するステップである。すなわち、隣接する複数の基地局において同じチャネル割り当てをするように制御することにより、端末がハンドオーバした先の基地局のセル内でも、優先度の高い通信サービスの端末の周波数チャネルを確保することができる。これにより、通信品質を維持するようにする。

さらに、自局の情報と隣接基地局の情報とを共有することにより、隣接する複数の基地局間で同じチャネル割り当てをするように制御する。これは、把握したランクに応じて、ランクの異なる端末には異なる周波数チャネルを割り当てて通信するステップである。この場合、隣接する複数の基地局では、ある基地局がある端末に対して割り当てたチャネルと同一周波数かつ同一タイミングのチャネルについては、他の端末に割り当てずに空けておくように制御する。

なお、隣接する基地局の情報をチェックするタイミングは、所定のタイミングや、定期的なタイミング、あるいは無線通信端末の接続要求があった際などの所定のイベント発生時など、所望に応じて様々なタイミングを設定する態様が考えられる。

このようにすることで、複数の基地局が隣接して存在する場合に、それぞれの基地局で、別の無線通信端末に対して同一周波数かつ同一タイミングのチャネルを除いた通信を実現できるので、セル間での同一チャネル干渉を回避することができる。

なお、本発明は、上述した実施の形態にのみ限定されるものではなく、幾多の変更または変形が可能である。例えば、上述した各実施の形態においては、無線通信端末が基地局１０に接続要求した際には、制御部１５が、無線通信端末の識別情報に基づいて、制御部１５の記憶部を参照することで、その無線通信端末について契約された無線通信サービスを識別したが、システムの構成によっては、無線通信端末側に、サービスが識別できるような指標を内蔵させるようなシステムも想定できる。

また、上記各実施の形態では、１つの周波数を空間多重しても、当該周波数内では全てのチャネルを同じランクのサービス用のチャネルとして使用したが、これらのチャネルの多重数に余裕がある場合、各サービスのランクにより設定されている多重数を超えないようにして、例えば隣接するランクのサービスなどに跨って使用できるような設定にすることも可能である。

即ち、例えば、ある周波数チャネルで空間多重数が最大で３のチャネルがある場合、３ＳＣのシルバーユーザ用サービスで契約した端末が３個同時に接続することができる代わりに、３ＳＣのシルバーユーザ用サービスの端末１個および４ＳＣのブロンズユーザ用サービスの端末２個を同時に接続したり、３ＳＣのシルバーユーザ用サービスの端末２個および４ＳＣのブロンズユーザ用サービスの端末１個を同時に接続したりできるような構成も考えられる。

本発明によれば、無線通信端末の通信品質の優先度を示すランクを設定し、このランクに応じて、ランクの異なる端末には異なる周波数チャネルを割り当てるようにしたので、各端末との無線通信において、サービスの各ランクに相応のＱｏＳを確保できるようになる。したがって、それぞれのユーザの通信の利用目的やコストなどに応じて、より細かな無線通信サービスが提供でき、各サービスを選択するユーザの通信品質に対する満足度が低減することもなくなる。

Claims (5)

1. 複数の周波数チャネルを有し、複数の異なる端末と無線通信が可能な無線通信装置において、
   前記端末の通信品質の優先度を示すランクを把握するランク把握部と、
   把握したランクに応じて、ランクの異なる端末には異なる周波数チャネルを割り当てるチャネル割り当て制御部と、
   を備えることを特徴とする無線通信装置。
2. 前記チャネル割り当て制御部は、
   前記端末の通信品質の優先度を示すランクに応じて、予め設定された周波数チャネルを割り当てることを特徴とする、請求項１に記載の無線通信装置。
3. 前記チャネル割り当て制御部は、前記端末から接続要求があったときに、
   周波数チャネルの使用状況に応じて、前記ランクの異なる端末に、異なる周波数チャネルを割り当てることを特徴とする、請求項１に記載の無線通信装置。
4. 複数の周波数チャネルを有し、複数の異なる端末と無線通信が可能な無線通信装置における無線通信方法において、
   前記端末の通信品質の優先度を示すランクを把握するステップと、
   把握したランクに応じて、ランクの異なる端末には異なる周波数チャネルを割り当てて通信するステップと、
   を含むことを特徴とする無線通信方法。
5. 隣接する無線通信装置における前記周波数チャネルの使用状況に関する情報を、隣接する無線通信装置間で共有する共有ステップと、
   共有した前記周波数チャネルの使用状況に関する情報に基づいて、前記端末がハンドオーバを実行する際の周波数チャネルの割り当てを制御する制御ステップと、
   を更に備えることを特徴とする、請求項４に記載の無線通信方法。

Images