JP2013207588A - 基地局および通信制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】多重呼と被多重呼の電力比と空間相関値を計算した結果が、空間分割多重前と空間分割多重後で、相関があるようにできる基地局および通信方法を提供する。
【解決手段】制御部１３０は、最初の新規呼を、干渉波電力が小さい周波数チャネルの無線リソースに割り当て、２番目以降の新規呼を、空き無線リソースがある場合は、最初の新規呼の無線リソースと同一の周波数チャネル、あるいは、隣接する周波数チャネルの空き無線リソースに割り当てる。制御部１３０は、空き無線リソースがない場合は、空間分割多重が可である多重呼と被多重呼のペアを選択し、さらに多重優先度を計算して、多重優先度の高い多重呼と被多重呼のペアを選択し、空間分割多重を行って空き無線リソースを生成し、生成した無線リソースに２番目以降の新規呼を割り当てる。
【選択図】図２

Description

本発明は、時分割多元接続／時分割複信方式、空間分割多元接続方式を用いて無線通信を行う基地局および通信制御方法に関する。

ＰＨＳ等の無線通信システムにおいては、時分割多元接続／時分割複信（ＴＤＭＡ／ＴＤＤ：Time Division Multiple Access/Time Division Duplex）方式と空間分割多元接続（ＳＤＭＡ：Space Division Multiple Access）方式が採用されている。

従来、上述した無線通信システムにおいて、基地局は、新規呼発生時には、空いている無線リソースの全ての周波数チャネルの干渉波電力を計測して、干渉波電力の最も小さい周波数チャネルの無線リソースに新規呼を割り当てる。また、基地局は、既存呼のＴＣＨ（Traffic Channel）に全ての無線リソースを割り当ててしまい、新規呼発生時に空き無線リソースがない場合は、既存呼をＴＣＨの切り替えにより空間分割多重させて、空き無線リソースを生成し、空いた無線リソースに新規呼を割り当てて、ＳＤＭＡ方式により無線通信を行っている（特許文献１参照）。

図１０〜図１２は、無線リソースに新規呼を割り当てる従来の手順を示す図である。基地局は、新規呼が発生して空き無線リソースがある場合、図１０に示すように、空き無線リソースの中で最も干渉波が小さい周波数チャネル（受信状態の最も良い周波数チャネル）の無線リソースを選択して、新規呼を割り当てる。基地局は、新規呼が発生して空き無線リソースがない場合、既存呼の電力比と空間相関値の情報から、多重呼（空間分割多重を行おうとする側の呼）と被多重呼（空間分割多重が行われる側の呼）のペアを選択して、図１１に示すように、ＴＣＨの切り替えにより空間分割多重を行って空き無線リソースを作り、図１２に示すように、空き無線リソースに新規呼を割り当てる。

特表２００５−５０５９７３号公報

上述した無線通信システムでは、ＴＣＨを切り替える前の既存呼の電力比と空間相関値の結果を用いて無線リソースを割り当てる移動局を選択している。そのため、ある移動局（多重呼）の無線リソースと、当該移動局の移動先となる、他の移動局（被多重呼）の無線リソースとの間に周波数差があると、無線伝搬路における周波数選択性フェージングの影響で、空間分割多重前と、空間分割多重後とで相関が変化し、適切な空間分割多重の選択を行うことができないことがあった。

本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、多重呼と被多重呼の電力比と空間相関値を計算した結果が、空間分割多重前と空間分割多重後で、相関があるようにすることができる基地局および通信方法を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明は、ＴＤＤ方式を採用し、アダプティブアレイ方式で無線通信を行う複数アンテナを有する基地局であって、接続要求を行った移動局に対し、直前に接続要求して接続した他の移動局が利用する無線リソースと同一周波数帯、または、隣接する周波数帯の無線リソースを割り当て、接続中の各移動局の、接続中の他の移動局に対する各多重優先度を設定し、新たな接続要求を行った移動局に対して、割り当てる空き無線リソースがない場合、設定した多重優先度に基づいて、接続中の複数の移動局を選択し、選択した複数の移動局をＳＤＭＡ方式により１の無線リソースに割り当てることを特徴とする。

前記多重優先度は、接続中の各移動局の、接続中の他の移動局に対する空間相関値と電力比に基づいて設定することが好ましい。

また、本発明は、ＴＤＤ方式を採用し、アダプティブアレイ方式で無線通信を行う複数アンテナを有する基地局の通信制御方法であって、接続要求を行った移動局に対し、直前に接続要求して接続した他の移動局が利用する無線リソースと同一周波数帯、または、隣接する周波数帯の無線リソースを割り当てるステップと、接続中の各移動局の、接続中の他の移動局に対する各多重優先度を設定するステップと、新たな接続要求を行った移動局に対して、割り当てる空き無線リソースがない場合、設定した多重優先度に基づいて、接続中の複数の移動局選択し、選択した複数の移動局をＳＤＭＡ方式により１の無線リソースに割り当てるステップとを含むことを特徴とする。

本発明によれば、多重呼と被多重呼の周波数差を小さくすることで、多重呼と被多重呼の電力比と空間相関値を計算した結果が、空間分割多重前と空間分割多重後で、相関があるようにすることができる。

本発明の実施形態に係る基地局を含む無線通信システムの概略構成図である。 空間分割多重の第１の実施例の動作を説明するフローチャートである。 第１の実施例の動作を説明する無線リソースのフォーマット図である。 第１の実施例の動作を説明する無線リソースのフォーマット図である。 第１の実施例の動作を説明する無線リソースのフォーマット図である。 空間分割多重の第２の実施例の動作を説明するフローチャートである。 第２の実施例の動作を説明する無線リソースのフォーマット図である。 第２の実施例の動作を説明する無線リソースのフォーマット図である。 第２の実施例の動作を説明する無線リソースのフォーマット図である。 無線リソースに新規呼を割り当てる従来の手順を示す図である。 無線リソースに新規呼を割り当てる従来の手順を示す図である。 無線リソースに新規呼を割り当てる従来の手順を示す図である。

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、本発明の実施形態に係る基地局を含む無線通信システムの概略構成図である。図１に示す無線通信システムは、移動局１０−１〜１０−ｎ（以下、移動局１０という）と基地局１００を備える。なお、基地局１００には、ネットワーク、サーバ等の外部装置が接続されるが、これらの外部装置については説明を省略する。

基地局１００は、移動局１０との間において、ＰＨＳ等で採用されている時分割多元接続／時分割複信（ＴＤＭＡ／ＴＤＤ）方式により無線通信を行う。ここで、本実施形態では、基地局１００が、４つの上りタイムスロットと、４つの下りタイムスロットとを用いて、移動局１０との間で無線通信を行うこととして説明する。また、上りタイムスロットの１つと、下りタイムスロットの１つには、ＣＣＨ（Control Channel)が割り当てられているものとする。なお、基地局１００は、上りタイムスロットと下りタイムスロットの対を移動局１０に割り当てるが、本実施形態では、上りタイムスロットと下りタイムスロットの対を、単にタイムスロットとして説明する。

基地局１００は、複数のアンテナ素子を用いてアダプティブアレイ制御を実行すると共に、空間分割多元接続（ＳＤＭＡ）方式により、同一の周波数チャネル（周波数帯）と同一のタイムスロットとを用いて、複数の移動局１０との間で無線信号を送受信する。

また、基地局１００は、移動局１０から送信された呼接続要求を受信すると、呼接続要求に応じて、移動局１０に周波数チャネルとタイムスロットで指定される無線リソースを割り当てる。

ここで、本実施形態において、呼接続とは、音声通信やデータ通信等で用いられるＴＣＨ（Traffic Channel）をいい、呼接続要求とは、移動局１０が、基地局１００に対して、新たなＴＣＨ（呼接続）の割り当てを要求するためのＴＣＨ確立要求をいう。

なお、基地局１００は、基本的にはＴＤＭＡ／ＴＤＤ方式により無線通信を行い、新たな移動局１０から呼接続要求を受信した際に、空きの無線リソースがない場合には、既に無線通信を行っている複数の移動局１０との間で、ＳＤＭＡ方式による無線通信を行って、新たな移動局１０用に無線リソースを空けるように構成されている。

次に、基地局１００の構成について説明する。なお、図１に示す基地局１００は、本発明との関連がある構成部分についてのみ示している。基地局１００は、アダプティブアレイアンテナと接続する無線通信部１１０と、信号処理部１２０と、制御部１３０とを具備する。

無線通信部１１０は、アンテナを介して移動局１０から受信した無線信号に、ダウンコンバート等の無線処理を行い、処理後の信号を信号処理部１２０へ出力する。また、無線通信部１１０は、信号処理部１２０から入力した信号にアップコンバート等の無線処理を行い、アンテナを介して移動局１０へ無線信号を送信する。

信号処理部１２０は、無線通信部１１０に指向性を制御した無線信号を送信させると共に、無線通信部１１０から入力した信号の感度を高めるアダプティブアレイ制御を実行する。信号処理部１２０が、アダプティブアレイ制御を実行することで、基地局１００は、複数の移動局１０との間でＳＤＭＡ方式により、同一のタイムスロットで、同一の周波数チャネルを用いて無線通信を実行する。

制御部１３０は、ＴＤＭＡ／ＴＤＤ方式、ＳＤＭＡ方式に基づいて信号処理部１２０の動作を制御する。

次に、基地局１００が、空間分割多重を行うときの動作を説明する。信号処理部１２０は、制御部１３０から、キャリアセンスの指示を受けたならば、空き無線リソースのある全ての周波数チャネルの干渉波電力のキャリアセンスを行い、制御部１３０に通知する。また、信号処理部１２０は、事前に多重呼と被多重呼のチャネル情報（位置）を制御部１３０から取得しておく。信号処理部１２０は、アンテナ、無線通信部１１０を介して信号を受信し、多重呼（ｍ）と被多重呼（ｌ）のアレイ応答ベクトルから、多重呼と被多重呼との間の空間相関値を計算し、計算した空間相関値を制御部１３０に通知する。数１は、アレイ応答ベクトルを示している。ｋは、アンテナ素子番号である。数２は、空間相関値の計算式を示している。空間相関値とは、２つの移動局の存在する方向の近さを表すものであり、空間相関値が大きい場合は、２つの移動局がほぼ同一方向に存在し、基地局は移動局からの信号の分離が困難となる。

また、信号処理部１２０は、被多重呼と多重呼の電力比（ＤＤ比：Desired to Desired Ratio）、送信タイミング差、電力レベル、フェージング速度、瞬時エラーを計算し、制御部１３０に通知する。電力比（ＤＤ比）とは、移動局間の受信電力レベルの比を表すものであり、受信電力比（ＤＤ比）が大きい場合は、基地局は移動局からの信号の分離が困難となる。

制御部１３０は、最初の新規呼の場合は、キャリアセンスの結果が良好である干渉波の小さい周波数チャネルを選択して空き無線リソースに新規呼を割り当てる。制御部１３０は、２番目以降の新規呼の場合は、空き無線リソースがある場合は、最初の新規呼と同一の周波数チャネル、あるいは、隣接する周波数チャネルを選択して空き無線リソースに新規呼を割り当てる。制御部１３０は、空き無線リソースがない場合は、信号処理部１２０から受信した受信電力比、空間相関値、送信タイミング差、電力レベル、フェージング速度、瞬時エラーに基づいて、多重呼と被多重呼の空間分割多重の可否判定を行い、空間分割多重が可である多重呼と被多重呼のペアを選択する。空間分割多重の可否判定は、受信電力比等の通信品質を示す指標と、予め定められた指標の閾値とを比較して行う。

さらに、制御部１３０は、選択した多重呼と被多重呼のペアの空間相関値と受信電力比に基づいて、選択したペアの各多重優先度を計算する。多重優先度は、空間相関値が大きい場合、および受信電力比が大きい場合は、優先度が低くなるように設定する。制御部１３０は、多重優先度の高い多重呼と被多重呼のペアを選択し、ＴＣＨ切り替えにより多重呼を被多重呼に空間分割多重を行って、多重呼と被多重呼に１の無線リソースを割り当てる。その後、空いた無線リソースに新規呼を割り当てる。

図２は、空間分割多重の第１の実施例の動作を説明するフローチャートであり、図３〜図５は、第１の実施例の動作を説明する無線リソースのフォーマット図である。制御部１３０は、ＣＣＨ（Control Channel)が割り当てられたタイムスロット（以下、ＣＣＴチャネルスロットという）を除く全てのタイムスロットで干渉波が小さい周波数チャネルを選択して、最初の新規呼を、選択した周波数チャネルの空き無線リソースに割り当てる（Ｓ１０１）。制御部１３０は、２番目以降の新規呼を、空き無線リソースがある場合（Ｓ１０２でＹｅｓの場合）は、最初の新規呼の無線リソースと同一の周波数チャネル、あるいは、隣接する周波数チャネルの空き無線リソースに割り当てる（Ｓ１０３）。図３は、２番目以降の新規呼を最初の新規呼と同一の周波数チャネルの空き無線リソースに割り当てた場合を示している。

制御部１３０は、空き無線リソースがない場合（Ｓ１０２でＮｏの場合）は、既存呼の空間相関値、受信電力比、送信タイミング差、電力レベル、フェージング速度、瞬時エラーの情報に基づいて、空間分割多重が可である多重呼と被多重呼のペアを選択する（Ｓ１０４）。さらに、制御部１３０は、多重優先度の高い多重呼と被多重呼のペアを選択し（Ｓ１０５）、図４に示すように、空間分割多重を行い（Ｓ１０６）、空き無線リソースを作り、図５に示すように、新規呼を空き無線リソースに割り当る（Ｓ１０７）。

図６は、空間分割多重の第２の実施例の動作を説明するフローチャートであり、図７〜図９は、第２の実施例の動作を説明する無線リソースのフォーマット図である。第２の実施例は、空き無線リソースがない場合に、ＣＣＨタイムスロットに、回線交換呼の新規呼を割り当てるものである。ＰＨＳでは、ＣＣＨタイムスロットは、回線交換呼には使用されない。そのため、第２の実施例では、チャネル選択において、空き無線リソースがない場合、ＣＣＨタイムスロットに、回線交換呼の新規呼を割り当てた後、ＴＣＨの切り替えにより空間分割多重を行う。ただし、同一タイムスロット内において、複数の無線通信部で通信を行える基地局においてのみ可能である。

制御部１３０は、ＣＣＨタイムスロットを含む全てのタイムスロットで干渉波の小さい周波数チャネルを選択して、最初の新規呼を、選択した周波数チャネルの空き無線リソースに割り当てる（Ｓ２０１）。制御部１３０は、２番目以降の新規呼を、空き無線リソースがある場合（Ｓ２０２でＹｅｓの場合）、最初の新規呼と同一の周波数チャネル、あるいは、隣接する周波数チャネルの空き無線リソースに割り当てる（Ｓ２０３）。図７は、２番目以降の新規呼を最初の新規呼と同一の周波数チャネルの空き無線リソースに割り当てた場合を示している。

制御部１３０は、新規呼が発生して空き無線リソースがない場合（Ｓ２０２でＮｏの場合）は、新規呼を、ＣＣＨタイムスロットにて、既存呼と同一の周波数チャネル、あるいは、隣接する周波数チャネルの無線リソースに割り当てる（Ｓ２０４）。図８は、新規呼を、ＣＣＨタイムスロットにて、既存呼と同一の周波数チャネルの無線リソースに割り当てた場合を示している。さらに、制御部１３０は、ＣＣＨタイムスロットに割り当てた新規呼と、既存呼との空間相関値、受信電力比、送信タイミング差、電力レベル、フェージング速度、瞬時エラーの情報に基づいて、ＣＣＨタイムスロットに割り当てた新規呼と空間分割多重が可である既存呼（被多重呼）を選択し（Ｓ２０５）、さらに、新規呼に対する多重優先度の高い既存呼（被多重呼）を選択し（Ｓ２０６）、図９に示すように、新規呼を既存呼（被多重呼）に空間分割多重させる（Ｓ２０７）。

第２の実施例によれば、通信中の呼をＴＣＨの切り替えで空間分割多重させる必要が無いため、通信中の呼の品質を維持することができる。

１０、１０−１〜１０−ｎ 移動局
１００ 基地局
１１０ 無線通信部
１２０ 信号処理部
１３０ 制御部

Claims (3)

1. ＴＤＤ方式を採用し、アダプティブアレイ方式で無線通信を行う複数アンテナを有する基地局であって、
   接続要求を行った移動局に対し、直前に接続要求して接続した他の移動局が利用する無線リソースと同一周波数帯、または、隣接する周波数帯の無線リソースを割り当て、
   接続中の各移動局の、接続中の他の移動局に対する各多重優先度を設定し、
   新たな接続要求を行った移動局に対して、割り当てる空き無線リソースがない場合、設定した多重優先度に基づいて、接続中の複数の移動局を選択し、選択した複数の移動局をＳＤＭＡ方式により１の無線リソースに割り当てることを特徴とする基地局。
2. 前記多重優先度は、接続中の各移動局の、接続中の他の移動局に対する空間相関値と電力比に基づいて設定することを特徴とする請求項１に記載の基地局。
3. ＴＤＤ方式を採用し、アダプティブアレイ方式で無線通信を行う複数アンテナを有する基地局の通信制御方法であって、
   接続要求を行った移動局に対し、直前に接続要求して接続した他の移動局が利用する無線リソースと同一周波数帯、または、隣接する周波数帯の無線リソースを割り当てるステップと、
   接続中の各移動局の、接続中の他の移動局に対する各多重優先度を設定するステップと、
   新たな接続要求を行った移動局に対して、割り当てる空き無線リソースがない場合、設定した多重優先度に基づいて、接続中の複数の移動局選択し、選択した複数の移動局をＳＤＭＡ方式により１の無線リソースに割り当てるステップと、
   を含むことを特徴とする通信制御方法。

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