(57)【要約】【課題】  従来の無線回線割当方法は、各ユーザ局に公平なスループットを提供し、システム全体のスループットを増大することが難しかった。【解決手段】  予め決められた周波数帯域を繰り返し利用する複数のビームでサービスエリアをカバーする無線通信装置が前記サービスエリア内の複数の端末装置に無線回線を割り当てる無線回線割当方法であって、前記無線通信装置が利用可能なシステム全体の送信電力および周波数帯域を前記複数のビームのそれぞれに分配する第１の処理と、前記複数の端末装置から取得する前記端末装置の位置を示す位置情報に基づいて、前記端末装置毎の伝送パラメータを決定し、決定した前記伝送パラメータを示す情報をそれぞれの前記端末装置に通知する第２の処理とを実行することを特徴とする。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
予め決められた周波数帯域を繰り返し利用する複数のビームでサービスエリアをカバーする無線通信装置が前記サービスエリア内の複数の端末装置に無線回線を割り当てる無線回線割当方法であって、
前記無線通信装置が利用可能なシステム全体の送信電力および周波数帯域を前記複数のビームのそれぞれに分配する第１の処理と、
前記複数の端末装置から取得する前記端末装置の位置を示す位置情報に基づいて、前記端末装置毎の伝送パラメータを決定し、決定した前記伝送パラメータを示す情報をそれぞれの前記端末装置に通知する第２の処理と
を実行することを特徴とする無線回線割当方法。
【請求項２】
請求項１に記載の無線回線割当方法において、
前記第１の処理では、前記ビーム内の前記端末装置の平均の周波数利用効率と当該ビームに配分された周波数帯域との積で求められる全ビームの総スループットが最大となり、且つ、前記ビーム間の前記端末装置数の比と前記ビーム間のスループットの比とが等しくなるように、システム全体の送信電力および周波数帯域を前記複数のビームのそれぞれに分配する
ことを特徴とする無線回線割当方法。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の無線回線割当方法において、
前記第２の処理では、前記ビーム毎に分配された送信電力と周波数帯域とに基づいて、前記複数の端末装置に割り当てるべき前記伝送パラメータを前記ビーム内の位置毎に決定し、前記端末装置から取得する前記位置情報に対応する位置の前記伝送パラメータをそれぞれの前記端末装置に通知する
ことを特徴とする無線回線割当方法。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の無線回線割当方法において、
前記伝送パラメータは、変復調方式、誤り訂正符号化方式、スペクトラム圧縮率および偏波多重数の少なくとも１つを含む
ことを特徴とする無線回線割当方法。
【請求項５】
予め決められた周波数帯域を繰り返し利用する複数のビームでサービスエリアをカバーし、前記サービスエリア内の複数の端末装置に無線回線を割り当てる無線通信装置において、
自装置が利用可能なシステム全体の送信電力および周波数帯域を前記複数のビームのそれぞれに分配する分配部と、
前記複数の端末装置から取得する前記端末装置の位置を示す位置情報に基づいて、前記端末装置毎の伝送パラメータを決定し、決定した前記伝送パラメータを示す情報をそれぞれの前記端末装置に通知する制御部と
を有することを特徴とする無線通信装置。
【請求項６】
請求項５に記載の無線通信装置において、
前記分配部は、前記ビーム内の前記端末装置の平均の周波数利用効率と当該ビームに配分された周波数帯域との積で求められる全ビームの総スループットが最大となり、且つ、前記ビーム間の前記端末装置数の比と前記ビーム間のスループットの比とが等しくなるように、システム全体の送信電力および周波数帯域を前記複数のビームのそれぞれに分配する
ことを特徴とする無線通信装置。
【請求項７】
請求項５または請求項６に記載の無線通信装置において、
前記制御部は、前記ビーム毎に分配された送信電力と周波数帯域とに基づいて、前記複数の端末装置に割り当てるべき前記伝送パラメータを前記ビーム内の位置毎に決定し、前記端末装置から取得する前記位置情報に対応する位置の前記伝送パラメータをそれぞれの前記端末装置に通知する
ことを特徴とする無線通信装置。
【請求項８】
請求項５から請求項７のいずれか一項に記載の無線通信装置において、
前記伝送パラメータは、変復調方式、誤り訂正符号化方式、スペクトラム圧縮率および偏波多重数の少なくとも１つを含む
ことを特徴とする無線通信装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、同じ周波数帯域の電波を用いる通信エリア(ビームと称する)が隣接しないように複数のビームを配置して、周波数帯域を繰り返し利用するマルチビーム無線通信システムにおいて、システム全体の単位時間当りの通信量(スループットと称する)の増大とユーザ間の公平なスループットを実現する無線回線割当方法および無線通信装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、衛星局やセルラ基地局(ノード局と称する)を介してユーザ局が通信を行う無線通信システムでは、全てのユーザ局の通信がノード局を経由する。このため、ユーザ局が通信に用いる無線回線の総帯域と総電力は、ノード局が利用可能な最大帯域(システム帯域と称する)および最大送信電力(システム電力と称する)以下に制約される。そこで、システム帯域とシステム電力とを有効に利用するために、サービスエリアを複数のビーム(指向性アンテナから放射される電波の届くエリア)でカバーするマルチビーム無線通信システムが用いられている。マルチビーム無線通信システムでは、同じ周波数帯域の電波を用いるビームが隣接しないように各々のビームを配置して、同じ周波数帯域を繰り返し利用する。
【０００３】
図１１は、ビーム数が19個で構成されるマルチビーム無線通信システム900の一例を示す。図１１の例では、隣接しないビーム(次隣接ビームと称する)に同じ周波数帯域を割り当て、3つの周波数帯域(F1，F2，F3)を繰り返して利用する。ここで、同一記号(例えばF1)のビームは、同じ周波数帯域を共用する周波数共用ビームと呼ばれる。また、異なる周波数帯域を用いる隣接する3ビームは、ビームクラスタと呼ばれる。このようなマルチビーム構成の場合、周波数共用ビーム同士にビーム間干渉が発生する。
【０００４】
図１２は、３ビーム間の受信電力と干渉電力のモデルの一例を示す。図１２において、注目ビーム902(Beam1)へ送信するノード局901の送信電力は、ノード局901のマルチビームアンテナのビームパタンにより周辺ビーム903(Beam2)や周辺ビーム904(Beam3)に漏れ込み、周波数共用ビーム同士が互いに干渉源となる。このとき、注目ビーム902におけるビーム受信電力をC、周辺ビーム903,904における干渉電力をIとすると、ビーム受信電力(C)や干渉電力(I)は、それぞれのビーム内の場所により異なる。例えば、ユーザ局が注目ビーム902の中心付近にいる場合のビーム受信電力(C)と、ユーザ局が注目ビーム902の周囲付近にいる場合のビーム受信電力(C)とは異なる。同様に、ユーザ局が周辺ビーム903,904の中心付近にいる場合の干渉電力(I)と、ユーザ局が周辺ビーム903,904の周囲付近にいる場合の干渉電力(I)とは異なる。つまり、マルチビーム無線通信システム900では、ユーザ局が存在するビーム内の場所により受信品質(C/(N+I))が変化する。ここで、Nは受信装置で発生する熱雑音電力である。
【０００５】
ユーザ局とノード局が通信を行うには、ビームクラスタを構成する3ビームでシステム帯域を分割し、ノード局のマルチビームアンテナから送信される各ビームにシステム電力を配分し、各ユーザ局と通信を行うための伝送パラメータ(変復調方式や誤り訂正符号化方式など)を設定する必要がある。従来は、例えば、ビームクラスタを構成する3ビームでシステム帯域を3等分し、各ビームに均等にシステム電力を配分して、全ユーザ局に一律に同じ伝送パラメータを設定する方法が行われている(例えば、非特許文献１，２参照)。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】山本，古川，佐藤：”ワイドスター2衛星移動通信システム・サービスの概要”，NTT DoCoMoテクニカル・ジャーナル，18，2，pp. 37-42 (2010).
【非特許文献２】季羽，小林，久保：”ワイドスター2衛星移動端末の開発”，NTT DoCoMoテクニカル・ジャーナル，18，2，pp. 67-72 (2010).
【非特許文献３】増野，阿部，杉山：”スペクトラム抑圧型伝送におけるサブスペクトラムレプリカを用いた波形等化の提案”，電子情報通信学会総合大会講演論文集，p. 290 (2011).
【非特許文献４】K. Kobayashi,T. Oka,N. Nakamoto,K. Yano and H. Ban: ”Poly-polarization multiplexing scheme for satellite communication”,30nd {AIAA} International Communications Satellite Systems Conference,Ottawa, Canada,pp. 212-219 (2012).
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
図１３は、図１１に示したマルチビーム無線通信システム900において、ビーム毎に配分される帯域および電力と、そのときのビーム毎の平均受信C/(N+I)とスループットの一例を示す。図１３（ａ）は、ビーム番号毎に配分される帯域(MHz)の一例を示し、従来技術では、ビーム番号が1から19までの各ビームの帯域は均等に配分される(図１３（ａ）の例では約12MHz)。図１３（ｂ）は、ビーム番号毎に設定される電力(W)の一例を示し、従来技術では、ビーム番号が1から19までの各ビームの電力は均等に配分される(図１３（ｂ）の例では約15W)。図１３（ｃ）は、ビーム番号毎の平均受信C/(N+I)(dB)の一例を示し、従来技術では、例えばビーム1のように、他のビームよりも受信信号の平均受信C/(N+I)が低くなるビームが発生するという問題がある。この理由は、マルチビームの中心にあるビーム1は多くの次隣接ビームから干渉を受け易いためである。図１１に示す例では、ビーム1の次隣接ビームは、ビーム9，11，13，15，17，19の6個である。一方、図１３（ｃ）において、受信信号の平均受信C/(N+I)が比較的大きいビーム8の次隣接ビームは、図１１に示すビーム3，7の2個である。このように、ビーム1の受信信号の平均受信C/(N+I)がビーム8よりも低下するという問題がある。図１３（ｄ）は、ビーム番号毎のスループット(Mbit/s)の一例を示し、従来技術では、ビーム番号が1のスループットがその他のビームのスループットよりも低下している。
【０００８】
ここで、システムで用いることができる伝送パラメータ（変復調方式と誤り訂正符号化方式の組み合わせ）を表１に示す3種類とする。
【０００９】
【表１】
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【００１０】
表１において、誤り訂正符号化方式は、誤り訂正符号(畳み込み符号、ターボ符号、LDPC(Low Density Parity Check)符号など)と、各誤り訂正符号の符号化率（1/2，2/3，3/4など）との組み合わせで決められるが、以下の説明で用いる誤り訂正符号化方式は、簡略化して、誤り訂正符号をLDPCに固定し、符号化率のみを変えるものとする。
【００１１】
一般に、伝送パラメータ毎に一定の信号品質を得るための所要C/(N+I)が用いられる。例えば、ユーザ局が受信する信号の受信C/(N+I)が所要C/(N+I)よりも低くなると、ビットエラーが多くなり、信号品質が劣化する。そこで、従来技術では、全ビーム内の最小受信C/(N+I)よりも低い所要C/(N+I)になるような伝送パラメータを選択して全ユーザ局に設定する方法が用いられていた。
【００１２】
図１４は、図１１に示す19ビーム構成のシステムにおいて、ビーム内に全ビーム中の最小受信C/(N+I)=5dBのポイントが存在する例を示す。図１４において、縦軸はビーム内の垂直方向の位置、横軸はビーム内の水平方向の位置をそれぞれ示している。また、グレースケールの濃さは各位置における平均受信C/(N+I)の大きさを表し、白くなるほど平均受信C/(N+I)が大きくなり、黒くなるほど平均受信C/(N+I)が小さくなる。図１４の例では、点線円で示した最小受信C/(N+I)=5dBのポイントが存在している。この場合、従来技術では、表１より、所要C/(N+I)=4.7dBとなる変復調方式QPSKと、誤り訂正符号化方式LDPC 3/4の組み合わせ(以下、QPSK 3/4と記載)が伝送パラメータとして選択され、全ユーザ局に設定される。つまり、全ユーザ局が表１のなかで最も低い周波数利用効率(周波数帯域あたりのスループット)の伝送パラメータであるQPSK 3/4を用いることになる。
【００１３】
このように、従来技術では、全ユーザ局が周波数利用効率の低い伝送パラメータを使用することになり、スループットが低下するという問題がある。
【００１４】
次に、複数のユーザ局がサービスエリア内のある場所に偏在している場合、ビーム毎にユーザ局数が異なるという問題について説明する。
【００１５】
図１５は、図１１に示したビーム1にユーザ局が多く存在している場合の一例を示す。ここで、図１５において、[番号]はユーザ局数を示す。また、ビーム1のユーザ局数とビーム1以外の各ビームのユーザ局数の比率をユーザ局数比Urとする。さらに、ビーム内に存在する複数のユーザ局が均等なスループットになるように、ビームへの割当帯域は、複数のユーザ局で等分割される。このとき、ユーザ局数が多いビームに存在するユーザ局のスループットが低くなるという問題が生じる。
【００１６】
図１６は、ビーム1とビーム2とのUrが２の場合のビーム1およびビーム2のユーザ局毎のスループットの一例を示す。図１６において、縦軸はスループット(kbit/s)、横軸はユーザ番号をそれぞれ示す。なお、図１６は、Ur＝２の場合を示すが、全ユーザ局は記載しておらず、ビーム1およびビーム２のユーザ局を合計100局だけピックアップしている。
【００１７】
図１６の例では、ビーム1内のユーザ局のスループットは約120kbit/sから約150kbit/s、ビーム2内のユーザ局のスループットは約230kbit/sから約300kbit/sである。つまり、ビーム内のユーザ局数が多くなると、ユーザ局毎のスループットが低下し、ビーム内のユーザ局数が少なくなると、ユーザ局毎のスループットが増加することがわかる。具体的には、図１６において、ビーム1とビーム2とのユーザ局数の比Urが2なので、ビーム1内のユーザ局のスループットよりもビーム2内のユーザ局のスループットの方が約2倍になっている。
【００１８】
このように、従来技術では、ビーム毎のユーザ局数に偏りがある場合、ビーム間のユーザ局のスループットに大きな差が生じ、サービスエリア内の全ユーザ局に均一なスループットが提供されないという問題がある。
【００１９】
上記課題に鑑み、本発明では、サービスエリア内の各ユーザ局に公平なスループットを提供すると共に、システム全体のスループットを増大することができる無線回線割当方法および無線通信装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
第１の発明は、予め決められた周波数帯域を繰り返し利用する複数のビームでサービスエリアをカバーする無線通信装置が前記サービスエリア内の複数の端末装置に無線回線を割り当てる無線回線割当方法であって、前記無線通信装置が利用可能なシステム全体の送信電力および周波数帯域を前記複数のビームのそれぞれに分配する第１の処理と、前記複数の端末装置から取得する前記端末装置の位置を示す位置情報に基づいて、前記端末装置毎の伝送パラメータを決定し、決定した前記伝送パラメータを示す情報をそれぞれの前記端末装置に通知する第２の処理とを実行することを特徴とする。
【００２１】
第２の発明では、第１の発明において、前記第１の処理では、前記ビーム内の前記端末装置の平均の周波数利用効率と当該ビームに配分された周波数帯域との積で求められる全ビームの総スループットが最大となり、且つ、前記ビーム間の前記端末装置数の比と前記ビーム間のスループットの比とが等しくなるように、システム全体の送信電力および周波数帯域を前記複数のビームのそれぞれに分配することを特徴とする。
【００２２】
第３の発明では、第１の発明または第２の発明において、前記第２の処理では、前記ビーム毎に分配された送信電力と周波数帯域とに基づいて、前記複数の端末装置に割り当てるべき前記伝送パラメータを前記ビーム内の位置毎に決定し、前記端末装置から取得する前記位置情報に対応する位置の前記伝送パラメータをそれぞれの前記端末装置に通知することを特徴とする。
【００２３】
第４の発明では、第１の発明から第３の発明のいずれかの発明において、前記伝送パラメータは、変復調方式、誤り訂正符号化方式、スペクトラム圧縮率および偏波多重数の少なくとも１つを含むことを特徴とする。
【００２４】
第５の発明は、予め決められた周波数帯域を繰り返し利用する複数のビームでサービスエリアをカバーし、前記サービスエリア内の複数の端末装置に無線回線を割り当てる無線通信装置において、自装置が利用可能なシステム全体の送信電力および周波数帯域を前記複数のビームのそれぞれに分配する分配部と、前記複数の端末装置から取得する前記端末装置の位置を示す位置情報に基づいて、前記端末装置毎の伝送パラメータを決定し、決定した前記伝送パラメータを示す情報をそれぞれの前記端末装置に通知する制御部とを有することを特徴とする。
【００２５】
第６の発明では、第５の発明において、前記分配部は、前記ビーム内の前記端末装置の平均の周波数利用効率と当該ビームに配分された周波数帯域との積で求められる全ビームの総スループットが最大となり、且つ、前記ビーム間の前記端末装置数の比と前記ビーム間のスループットの比とが等しくなるように、システム全体の送信電力および周波数帯域を前記複数のビームのそれぞれに分配することを特徴とする。
【００２６】
第７の発明では、第５の発明または第６の発明において、前記制御部は、前記ビーム毎に分配された送信電力と周波数帯域とに基づいて、前記複数の端末装置に割り当てるべき前記伝送パラメータを前記ビーム内の位置毎に決定し、前記端末装置から取得する前記位置情報に対応する位置の前記伝送パラメータをそれぞれの前記端末装置に通知することを特徴とする。
【００２７】
第８の発明では、第５の発明から第７の発明のいずれかの発明において、前記伝送パラメータは、変復調方式、誤り訂正符号化方式、スペクトラム圧縮率および偏波多重数の少なくとも１つを含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２８】
本発明に係る無線回線割当方法および無線通信装置は、サービスエリア内の各ユーザ局に公平なスループットを提供すると共に、システム全体のスループットを増大することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本実施形態に係るマルチビーム無線通信システムの一例を示す図である。
【図２】本実施形態に係るマルチビーム無線通信システムの一例を示す図である。
【図３】本実施形態に係る無線回線割当処理の一例を示す図である。
【図４】本実施形態に係る帯域と電力配分の一例を示す図である。
【図５】周波数利用効率と所要C/(N+I)の関係例(1)を示す図である。
【図６】周波数利用効率と所要C/(N+I)の関係例(2)を示す図である。
【図７】周波数利用効率と所要C/(N+I)の関係例(3)を示す図である。
【図８】ビーム内の位置に応じた伝送パラメータの設定例を示す図である。
【図９】本実施形態に係るスループット特性の一例を示す図である。
【図１０】本実施形態に係るユーザ局間のスループットの公平性を示す図である。
【図１１】マルチビーム無線通信システムの一例を示す図である。
【図１２】ビームパタンの一例を示す図である。
【図１３】従来技術における帯域と電力配分の一例を示す図である。
【図１４】ビーム内の受信C/(N+I)の一例を示す図である。
【図１５】ユーザ局が偏在するモデルの一例を示す図である。
【図１６】従来技術におけるユーザ局のスループットの一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
以下、図面を参照して本発明に係る無線回線割当方法および無線通信装置の実施形態について説明する。
［マルチビーム無線通信システム100の一例］
図１は、本発明に係る無線回線割当方法および無線通信装置を用いるマルチビーム無線通信システム100の一例を示す。図１において、マルチビーム無線通信システム100は、ノード局101、子ノード局101aおよびユーザ局102aから102pを有する。ここで、以降の説明において、ユーザ局102aから102pに共通の事項を説明する場合は、符号末尾のアルファベットを省略してユーザ局102と記載する。図１において、ノード局101は、ビーム(1)から子ノード局101aで中継するビーム(N)までのN個のビームを照射してサービスエリアをカバーし、各ビーム内の任意の場所に存在するユーザ局102と通信を行う。なお、図１の例では、エリアが重複しない複数のビームによりサービスエリアを構成するように描いてあるが、従来技術で説明した図１１のマルチビーム無線通信システム900のビーム構成を本実施形態で説明するマルチビーム無線通信システム100としてもよい。図１１の例では、サービスエリア全体をカバーできるように、ビーム(1)からビーム(N)までのN個のビームが互いに重複するように配置される。
【００３１】
図１の例では、ビーム(1)内には、ユーザ局102a、ユーザ局102bおよびユーザ局102cの3台のユーザ局102が存在し、ビーム(2)内にも、ユーザ局102d、ユーザ局102eおよびユーザ局102fの3台のユーザ局102が存在する。また、ビーム(3)内にはユーザ局102g、ユーザ局102h、ユーザ局102i、ユーザ局102j、ユーザ局102kおよびユーザ局102lの6台のユーザ局102が存在する。さらに、ビーム(N)内にはユーザ局102m、ユーザ局102n、ユーザ局102oおよびユーザ局102pの4台のユーザ局102が存在する。このように、ビーム毎にユーザ局102の数が異なる。
【００３２】
図１において、ノード局101は、本実施形態で説明する無線回線割当方法にしたがって、ビーム毎にユーザ局102の数が異なる場合であっても、各ユーザ局102のスループットの公平性が保たれ、システム全体のスループットが最大になるように、子ノード局101aから照射されるビームを含むサービスエリア内のビーム毎に無線リソースを配分し、ユーザ局102毎に伝送パラメータを設定する。
【００３３】
ここで、図１の例では、ノード局101は、ビーム(N)を配下の子ノード局101aを介して照射しているが、子ノード局101aが無くてもよい。なお、本実施形態に係るマルチビーム無線通信システム100は、例えば、マルチビーム衛星通信システムやセルラ通信システムなどに適用可能である。
［ノード局101およびユーザ局102の構成例］
図２は、本発明に係る無線回線割当方法および無線通信装置を用いるマルチビーム無線通信システム100の一例を示す。ここで、図２に示すマルチビーム無線通信システム100は、図１または図１１で説明したマルチビーム無線通信システム100に対応する。なお、本発明に係る無線通信装置は、図２に示すノード局101に相当し、端末装置は、ユーザ局102に相当する。
【００３４】
図２は、ノード局101およびユーザ局102の構成例を示す。図２において、ノード局101は、サービスエリアを複数のビームでカバーし、隣接するビームで使用する周波数帯域が重ならないように、同じ周波数帯域を繰り返し使用する。そして、ノード局101は、ビーム毎の無線リソースの配分やユーザ局102毎の伝送パラメータの設定を行い、サービスエリア内のスループットを全体的に向上させ、且つ、サービスエリア内の全ユーザ局に公平なスループットを提供する。このために、本実施形態に係るノード局101は、各ビームに無線リソースを配分し、サービスエリア内の場所ごとに異なる受信C/(N+I)に応じて、各ユーザ局102に設定すべき最適な伝送パラメータを決定する。
（ノード局101）
図２において、ノード局101は、マルチビームアンテナ201、送受信部202、ビーコン送信部203、データ入出力部204、アクセス制御部205、伝送パラメータ決定部206およびビームリソース配分部207を有する。なお、アクセス制御部205および伝送パラメータ決定部206をまとめて制御部としてもよい。
【００３５】
マルチビームアンテナ201は、複数のビームを送信するアンテナで、サービスエリア内を複数のビームでカバーし、サービスエリア内に存在するユーザ局102と通信することができる。
【００３６】
送受信部202は、マルチビームアンテナ201を介して、ユーザ局102との間で制御信号やデータ信号を送受信する。
【００３７】
ビーコン送信部203は、サービスエリア内のユーザ局102に予め決められた情報を含むビーコン信号を送信する。ビーコン信号には、例えばノード局101の識別情報や位置情報などが格納されており、ユーザ局102は、ビーコン信号に格納された情報やビーコン信号の受信レベルなどに基づいて自局の位置を検出する。
【００３８】
データ入出力部204は、ノード局101に接続される通信装置など(不図示)がユーザ局102との間で送受信するデータを入出力する。
【００３９】
アクセス制御部205は、ユーザ局102との通信を制御する。例えば、アクセス制御部205は、マルチビームアンテナ201および送受信部202を介して受信するユーザ局102から送信された信号が制御信号であるかデータ信号であるかを判別する。そして、ユーザ局102からの受信信号が制御信号である場合、アクセス制御部205は、制御信号に格納されているユーザIDとユーザ位置情報を伝送パラメータ決定部206などに出力する。また、ユーザ局102からの受信信号がデータ信号の場合、アクセス制御部205は、データ信号に格納されているユーザ局102のユーザIDに対応する伝送パラメータの情報を伝送パラメータ決定部206から取得し、当該伝送パラメータに基づいてデータ信号の復調処理などを行い、復調後の受信データをデータ入出力部204に出力する。逆に、データ入出力部204から宛先のユーザ局102のユーザIDを含む送信データが入力された場合は、アクセス制御部205は、ユーザ局102のユーザIDに対応する伝送パラメータの情報を伝送パラメータ決定部206から取得し、当該伝送パラメータに基づいて送信データの変調処理などを行い、送受信部202およびマルチビームアンテナ201を介して、変調後の送信信号をユーザ局102に送信する。
【００４０】
伝送パラメータ決定部206は、ユーザ局102と通信するときの伝送パラメータを決定する。例えば、伝送パラメータ決定部206は、アクセス制御部205が出力するユーザ局102の位置情報から当該ユーザ局102が存在するビーム内の位置における受信C/(N+I)を計算し、後述する本実施形態の方法を用いて、伝送パラメータを決定する。そして、アクセス制御部205は、決定した当該ユーザ局102の伝送パラメータを当該ユーザ局102のユーザIDと関連付けて制御信号に格納し、送受信部202およびマルチビームアンテナ201を介して、当該ユーザIDを持つユーザ局102に伝送パラメータを返信するとともに、アクセス制御部205内部の記憶装置に当該ユーザIDと決定した伝送パラメータとを関連付けて記憶する。
【００４１】
ビームリソース配分部207は、ビーム毎の無線リソースの配分を行う。例えば、ビームリソース配分部207は、マルチビームの構成やアクセス制御部205に格納されたユーザ局102の位置情報などに基づいて、ビーム間のユーザ局数の比(ビーム間ユーザ局数比と称する)とビーム間のスループットの比(ビーム間スループット比と称する)を等しくしつつ、全ビームのスループットの和(総スループットと称する)が最大となるようにビーム毎の電力と帯域とを決定する。つまり、ユーザ局102間のスループットの偏りを少なくし、総スループットが最大となるように制御するので、各ユーザ局102のスループットを同等に保ちつつ、各ユーザ局102のスループットを最大に制御することになる。
【００４２】
このように、本実施形態に係るノード局101は、サービスエリアを複数のビームでカバーし、サービスエリア内に存在するユーザ局102と通信を行うマルチビーム無線通信システム100において、各ユーザ局102間で公平なスループットを提供しつつ、システム全体のスループットが増大するように無線回線を割り当てることができる。
（ユーザ局102）
一方、図２において、ユーザ局102は、アンテナ301、送受信部302、位置検出部303、アクセス制御部304およびデータ入出力部305を有する。
【００４３】
アンテナ301は、ノード局101との間で信号を送受信する。なお、アンテナ301は、ノード局101のマルチビームアンテナ201が有する複数のビームのうちの何れかのビームで通信を行う。
【００４４】
送受信部302は、ノード局101との間で制御信号やデータ信号を送受信する。或いは、送受信部302は、ビーコン信号を受信する。ここで、送受信部302は、ノード局101から受信する信号の受信レベルを計測し、受信レベルの情報を位置検出部303やアクセス制御部304に出力する。
【００４５】
位置検出部303は、送受信部302が受信するビーコン信号に含まれる情報やビーコン信号の受信レベルの情報に基づいて自局の位置を検出する。或いは、位置検出部303は、GPS(Global Positioning System)機能を有し、GPS衛星から受信する信号に基づいて自局の位置を検出する。
【００４６】
アクセス制御部304は、ノード局101との通信を制御する。例えば、アクセス制御部304は、位置検出部303が検出した自局の位置情報と、ユーザ局102毎に割り振られたユーザIDとをセットにして制御信号を生成し、ノード局101に送信する。なお、アクセス制御部304は、送受信部302から受け取る受信レベルの情報を制御信号などに含めてノード局101に送信するようにしてもよい。一方、アクセス制御部304は、アンテナ301および送受信部302を介してノード局101から受信する信号が制御信号であるかデータ信号であるかを判別する。そして、ノード局101から受信する信号が制御信号である場合、アクセス制御部304は、制御信号に格納されている伝送パラメータを内部のメモリなどに記憶する。また、ノード局101から受信する信号がデータ信号の場合、アクセス制御部304は、メモリなどに記憶された伝送パラメータに基づいてデータ信号の復調処理を行い、復調後の受信データをデータ入出力部305に出力する。逆に、データ入出力部305から送信データが入力された場合は、アクセス制御部304は、メモリなどに記憶された伝送パラメータに基づいて送信データの変調処理を行い、送受信部302およびアンテナ301を介して、変調後の送信信号をノード局101に送信する。
【００４７】
データ入出力部305は、ユーザ局102に接続される通信装置(不図示)などがノード局101との間で送受信するデータを入出力する。
【００４８】
このように、ユーザ局102は、ノード局101に自局の位置情報を送信し、ノード局101から受け取る伝送パラメータに基づいて、ノード局101との間でデータ信号を送受信する。
［各ビームの帯域および電力を求める方法］
マルチビーム無線通信システム100では、同じ周波数帯域を繰り返し共用するので、同じ周波数帯域を使用するビーム(周波数共用ビームと称する)同士では、一方のビームへの送信電力の配分が大きいほど、他方のビームへの干渉が大きくなる。その場合、一方のビームへの送信電力の配分を小さくして、他方のビームへの干渉量を減らす方法が考えられるが、送信電力の配分を小さくしたビームでの受信電力Cが低くなるため、当該ビームの受信C/(N+I)が低下する。そこで、システム電力を余すことなく全て使用して、受信C/(N+I)を高めるように、バランスよく各ビームへ送信電力を配分する。この方法と合わせて、ビームクラスタを構成する3ビーム間でシステム帯域を余すことなく全て使用して、ビーム間ユーザ局数比とビーム間スループット比とが等しくなるように各ビームへ帯域を配分する。
【００４９】
ここで、本実施形態では、式(１)に示すように、所要C/(N+I)と周波数利用効率ηの関係が連続関数ｆで表されると仮定する。
【００５０】
【数１】
2018032932.tif 000004
【００５１】
式(１)において、iはビーム番号(識別子)、C(i)はビームiの受信電力、I(i)はビームiが受けるビーム間干渉電力、N(i)はビームiの熱雑音電力、η(i)はビームiの周波数利用効率である。ビームiの受信電力C(i)、ビームiのビーム間干渉電力I(i)およびビームｉの熱雑音電力N(i)は、それぞれ式(２)、式(３)および式(４)で表される。
【００５２】
【数２】
2018032932.tif 000005
【００５３】
【数３】
2018032932.tif 000006
【００５４】
【数４】
2018032932.tif 000007
【００５５】
ここで、注目するビームをj番目のビームとするとき、G(i，j)は注目ビームjのビームi方向へのアンテナ送信利得を示す。つまり、注目ビームｊ自身のアンテナ送信利得はG(j,j)であり、注目ビームｊが他ビーム（ここではビームｉ）に与える干渉に関するアンテナ送信利得はG(i,j)である。
【００５６】
また、P(i)はビームiに配分される電力(配分電力と称する)、Ldはノード局101からユーザ局102までのダウンリンクの自由空間損失率、Nbは全ビーム数、N0はユーザ局の周波数あたりの熱雑音電力、W(i)はビームiに配分される帯域(配分帯域と称する)である。そして、式(２)、式(３)、式(４)を式(１)に代入し、行列形式の連立方程式に書き直すと式(５)が得られる。
【００５７】
【数５】
2018032932.tif 000008
【００５８】
式（５）において、Aは式(６)で表すことができる。
【００５９】
【数６】
2018032932.tif 000009
【００６０】
ここで、全ビームでシステム電力Psysを余すことなく使用する場合、システム電力Psysは各ビームの電力の和なので、式(７)のように表すことができる。
【００６１】
【数７】
2018032932.tif 000010
【００６２】
例えば、ビームクラスタに属する3ビーム(a,b,c)でシステム帯域Wsysを余すことなく使用する場合、システム帯域Wsysは、各ビームの帯域の和なので、式(８)のように表すことができる。
【００６３】
【数８】
2018032932.tif 000011
【００６４】
ここで、各ビームのスループット(bit/sec)は、式(９)に示すように、単位周波数当りの通信速度(周波数利用効率η)(bit/s/Hz)と、ビームの帯域(Hz)との積で求められる。
【００６５】
【数９】
2018032932.tif 000012
【００６６】
なお、全ユーザ局に公平なスループットを提供するためには、式(１０)の示すように、ビーム間スループット比とビーム間ユーザ局数の比とが等しいことが条件となる。
【００６７】
【数１０】
2018032932.tif 000013
【００６８】
ここで、Un(i)はビームiのユーザ局数である。
【００６９】
また、総スループットは、全ビームのスループットの和なので、次のように表すことができる。
【００７０】
【数１１】
2018032932.tif 000014
【００７１】
このようにして、式(７)、式(８)および式(１０)の制約のもとで、式(５)より、総スループットが最大となるＷ(i)、P(i)を求める最適化問題に帰着できる(後述する図３のステップ(1)の処理に相当)。例えば、最適化問題を解くために、周知の逐次2次計画法などを用いることができる。ここで、最適化問題を解くときに必要な式（１）の連続関数fは、例えば、伝送方式毎の周波数利用効率ηと所要C/(N+I)との関係を表すグラフをN次の多項式で近似するなどの方法により求めることができる。なお、伝送方式毎の周波数利用効率ηと所要C/(N+I)との関係を表すグラフの一例については、後述する図５，図６および図７で説明する。
［無線回線割当方法の処理例］
図３は、本実施形態に係る無線回線割当方法の処理例を示す。図３に示すフローチャートは、主にステップ(1)とステップ(2)の２つの処理を有する。
【００７２】
図３において、ステップ(1)の処理では、ビーム間ユーザ局数比とビーム間スループット比とを等しくしつつ、全ビームの総スループットが最大となるようにビーム毎の無線リソースを設定する。図３のステップ(1)の処理は、上述した式(７) 、式(８)および式(１０)の制約のもとで、式(５)より、総スループットが最大となるＷ(i)、P(i)を求める最適化問題を解く処理に対応する。
【００７３】
ステップ(2)の処理では、各ユーザ局の位置する場所における受信C/(N+I)以下となる所要C/(N+I)を持つ伝送パラメータ(変復調方式、誤り訂正符号化方式、スペクトラム圧縮率、偏波多重数の、少なくとも1つ以上の組み合わせ)を各ユーザ局に設定する。ここで、従来技術の表１で説明したように、誤り訂正符号化方式は、誤り訂正符号(畳み込み符号、ターボ符号、LDPC符号など)と、各誤り訂正符号の符号化率（1/2，2/3，3/4など）との組み合わせで決められるが、本実施形態においても、特に明記しない場合は、誤り訂正符号をLDPCに固定し、符号化率のみを変えるものとする。
【００７４】
なお、本実施形態で説明する方法は、ユーザ局102からノード局101への方向の通信回線に用いることもできるし、ノード局101からユーザ局102への方向の通信回線に用いることもできる。また、双方向の通信回線が必要な場合は、片方向ずつ本実施形態で説明する方法を適用すればよい。ここで、本実施形態では、通信回線とは別に、制御回線の伝送パラメータを予め決めておくものとする。そして、通信回線の伝送パラメータの通知は、制御回線を用いて行う。なお、制御回線では、全ユーザ局で共通の伝送パラメータを用いるようにしてもよいし、伝送パラメータが異なるユーザ局102があってもよい。
【００７５】
以下に各ステップの処理について、図３を用いて詳細に説明する。
【００７６】
ステップS101において、無線回線を割り当てる処理を開始する。
【００７７】
ステップS102において、ノード局101は、マルチビームアンテナ201のビーム毎に通信接続を行っているユーザ局102の数(発呼ユーザ局数と称する)を取得する。例えば、ノード局101は、ユーザ局102から接続を要求する制御信号を受信するので、制御信号に含まれるユーザ局102のユーザIDを数えることにより、発呼ユーザ数を取得できる。また、ノード局101は、複数のビームのうち制御信号を受信したビーム番号に基づいて、ユーザ局102が存在するビームを判別できる。なお、複数のビームで同じユーザIDを受信した場合は、受信レベルの大きい方のビームにユーザ局102が存在するものと判断する。
【００７８】
ステップS103において、ノード局101は、マルチビームアンテナ201のビーム毎に通信を開始するときの電力(初期電力)および帯域(初期帯域)を設定する。ここで、初期電力および初期帯域は、ステップS102で取得したユーザ局数と、ノード局101が利用可能なシステム電力およびシステム帯域に基づいて設定される。例えばユーザ局数が多いビームの電力は、ユーザ局数の少ないビームの電力よりも大きく設定される。
【００７９】
ステップS104において、ノード局101は、マルチビームアンテナ201の各ビームの平均受信C/(N+I)を計算する。例えば、平均受信C/(N+I)は、ビーム構成やビーム配置、各ビームの送信電力などに基づいて計算できる。
【００８０】
ステップS105において、ノード局101は、マルチビームアンテナ201の各ビームのスループットを計算する。各ビームのスループットは、各ビームの平均受信C/(N+I)に基づいて計算する。例えば、平均受信C/(N+I)が所要C/(N+I)より低くならない範囲で平均の周波数利用効率を求め、求めた平均の周波数利用効率と、ビームに配分した周波数帯域との積により計算できる。なお、サービスエリア内の総スループットは、各ビームのスループットの総和として求めることができる。
【００８１】
ステップS106において、ノード局101は、ビーム間スループット比の条件を満たし、且つ、サービスエリア内の総スループットが最大であるか否かを判別する。例えば、ノード局101は、ビーム間スループット比がビーム間ユーザ局数比と等しい(或いは、予め決められた範囲内で同等と見なせる)か否かを判別すると共に、総スループットが設定可能な電力および帯域の中で最大であるか否かを判別する。そして、ビーム間スループット比の条件を満たし、且つ、総スループットが最大である場合はステップS108に進み、ビーム間スループット比の条件を満たさない、または、総スループットが最大ではない場合はステップS107に進む。
【００８２】
ステップS107において、ノード局101は、マルチビームアンテナ201のビーム毎の電力および帯域を変更する。つまり、ノード局101は、ステップS104からステップS107までの処理を繰り返し実行して、総スループットが最大となるように、各ビームの帯域および電力を変更する。これにより、先に述べた最適化問題を解くことができる。
【００８３】
ステップS108において、ノード局101は、各ユーザ局102のビーム内の位置における受信C/(N+I)を取得する。なお、ユーザ局102の位置情報は、各ユーザ局102から制御信号により通知される。また、ユーザ局102の受信C/(N+I)は、ユーザ局102のビーム内の位置情報に基づいて推定してもよいし、各ユーザ局102からビーコン信号の受信レベルをノード局101へ送信して、通知される受信レベルに基づいて、受信C/(N+I)を取得してもよい。
【００８４】
ステップS109において、ノード局101は、ユーザ局102毎の伝送パラメータ(変復調方式、誤り訂正符号化方式、スペクトラム圧縮率、偏波多重数など)を決定する。例えば、各ユーザ局102の受信C/(N+I)が所要C/(N+I)より低くならない範囲で周波数利用効率が高くなるように、ユーザ局102毎に伝送パラメータが決定される。
【００８５】
ステップS110において、ノード局101は、伝送パラメータをユーザ局102に通知する。ここで、ユーザ局102への伝送パラメータの通知は、例えば制御信号により行われる。
【００８６】
ステップS111において、無線回線を割り当てる処理を終了する。
【００８７】
このように、複数のビームでカバーするサービスエリア内に存在するユーザ局102と通信を行うマルチビーム無線通信システム100において、各ユーザ局102間で公平なスループットを提供すると共に、システム全体のスループットが増大するように無線回線を割り当てることができる。
［帯域と送信電力の設定例］
図４は、図３で説明したステップ(1)の処理において、Ur=２のときのビーム毎の配分される帯域と送信電力の設定例と、そのときのビーム毎の受信C/(N+I)とスループットの一例を示す。図４（ａ）は、ビーム番号毎に配分される帯域(MHz)の一例を示し、ビーム番号が1から19までの各ビームの帯域は約12MHzから約13MHzである。図４（ｂ）は、ビーム番号毎に設定される電力(W)の一例を示し、ビーム番号が1の電力が他のビームの電力の約2倍になっている。これは、Ur=２なので、ビーム番号が1のビームのユーザ局数が他のビームのユーザ局数の２倍となるためである。図４（ｃ）は、ビーム番号毎の平均受信C/(N+I)(dB)の一例を示し、受信C/(N+I)は約8dBから約11dBである。図４（ｄ）は、ビーム番号毎のスループット(Mbit/s)の一例を示し、Ur=２なので、ビーム番号が1のスループットがその他のビームのスループットの約2倍になっている。
【００８８】
また、図３で説明したステップ(2)の処理において、ステップ(1)の処理により、サービスエリア内の各ユーザ局102が存在する位置毎の受信C/(N+I)が決まるので、その受信C/(N+I)以下となる最大の所要C/(N+I)を持つ伝送パラメータを選択して、各ユーザ局102に設定する。本実施形態では、伝送パラメータは、変復調方式、誤り訂正符号化方式、スペクトラム圧縮率、偏波多重数の1つ以上の組み合わせとして決められる。
【００８９】
ここでは、先ず、伝送パラメータが変復調方式と誤り訂正符号化方式との組み合わせである場合について説明する。
【００９０】
図５は、伝送パラメータ毎の周波数利用効率ηと所要C/(N+I)との関係の一例を示す。図５の例では、変復調方式がBPSK(Binary Phase Shift Keying)で誤り訂正符号化率が1/2の場合、変復調方式がQPSK(Quadrature Phase Shift Keying)で誤り訂正符号化率が1/2または3/4の場合、変復調方式が8PSKで誤り訂正符号化率が3/4の場合、変復調方式が16QAM(Quadrature Amplitude Modulation)で誤り訂正符号化率が1/2または2/3の場合の６つの組み合わせに対する周波数利用効率η(bit/s/Hz)と所要C/(N+I)(dB)との関係が示されている。
【００９１】
ここで、ユーザ局102ができるだけ少ない幅の周波数帯域で通信を行うには、周波数利用効率の大きい伝送パラメータを用いることが望ましい。そして、周波数利用効率の大きい伝送パラメータほど所要C/(N+I)が高くなるので、ユーザ局102は、受信C/(N+I)以下となる最大の所要C/(N+I)を持つ変復調方式、誤り訂正符号化方式の組み合わせを選択すればよい。
【００９２】
次に、伝送パラメータが変復調方式、誤り訂正符号化方式およびスペクトラム圧縮率の組み合わせである場合について説明する。
【００９３】
図６は、スペクトラム圧縮伝送を行う場合の伝送パラメータ毎の周波数利用効率と所要C/(N+I)との関係の一例を示す。図６の例では、図５と同様の変復調方式と誤り訂正符号化方式の組み合わせに対して、スペクトラム圧縮伝送を行った場合の特性を示す。ここで、スペクトラム圧縮伝送(例えば、非特許文献３)では、所定の変復調方式および誤り訂正符号化方式で作成された送信信号のスペクトラムを周波数領域で操作して、スペクトラムの周波数帯域Winitの一部を削除し、スループットを維持したまま通信を行うことができる。そして、周波数帯域の削除を行うときの帯域幅の単位(周波数スロット)をWslot(Hz)として、Ndel個の周波数スロットを削減したとき、スペクトラム圧縮後の所要帯域Wcomp(c)は、式（１１）で表すことができる。
【００９４】
【数１２】
2018032932.tif 000015
【００９５】
ここで、スペクトラム圧縮前後の所要帯域の比率をスペクトラム圧縮率ｃとして定義している。スペクトラム圧縮率ｃが小さいほど、周波数帯域当りの伝送可能なビットレートが増える。また、η'をスペクトラム圧縮前の周波数利用効率としたとき、スペクトラム圧縮率cによりスペクトラム圧縮後の周波数利用効率ηcomp(c)は、式（１２）で表すことができる。
【００９６】
【数１３】
2018032932.tif 000016
【００９７】
なお、スペクトラム圧縮伝送による受信側での信号ひずみは、送信側での送信スペクトラムへの電力加算と受信側での受信スペクトラムに対するFECの繰り返し処理により補償される。ここで、式(１２)に示すスペクトラム圧縮よる周波数利用効率の増加と電力加算による所要C/(N+I)の増加との関係をスペクトラム圧縮カーブと呼んでいる。また、図６に示したスペクトラム圧縮カーブの形状は、FECの繰り返し数などに依存する。
【００９８】
次に、伝送パラメータが変復調方式、誤り訂正符号化方式および偏波多重数の組み合わせである場合について説明する。周知の多偏波多重伝送（例えば、非特許文献４）では、垂直偏波(V偏波)と水平偏波(H偏波)とが直交するVH両偏波に多重したスペクトラムに対して、１つ以上の新たな偏波軸のスペクトラムを重畳して送信する。これにより、直交するVH両偏波に多重したスペクトラムと同じ周波数帯域でスループットを増加させることができる。しかし、新たな偏波軸のスペクトラムは、V偏波とH偏波とに射影されるため、両偏波のスペクトラムに干渉成分として重畳される。これに対して、多偏波多重伝送は、周知のMLD(Maximum Likelihood Decoder)とFEC(Forward Error Correction)を組み合わせた偏波間誤差補償により、両偏波のスペクトラムから干渉成分を除去することができる。
【００９９】
図７は、伝送パラメータ毎の周波数利用効率ηと所要C/(N+I)との関係を示す一例である。図７において、2MPは2偏波多重(VH直交偏波多重)、3MPは3偏波多重をそれぞれ示す。図７の例では、偏波多重が2MPと3MP、変復調方式がBPSKとQPSKと8PSK、誤り訂正符号化率が1/2と2/3と3/4と5/6の場合の１１個の組み合わせに対する周波数利用効率η(bit/s/Hz)と所要C/(N+I)(dB)との関係が示されている。
【０１００】
図７において、偏波多重の数、変復調方式の多重ビット数および誤り訂正符号化率がそれぞれ大きいほど、周波数利用効率ηと所要C/(N+I)とが大きくなり、図７の例では、偏波多重が3MP、変復調方式が8PSKおよび誤り訂正符号化率が5/6のときの周波数利用効率ηと所要C/(N+I)とが最大となる。
【０１０１】
ここで、ユーザ局102ができるだけ少ない幅の周波数帯域で通信を行うには、周波数利用効率の大きい伝送パラメータを用いることが望ましい。そして、周波数利用効率の大きい伝送パラメータほど所要C/(N+I)が高くなるので、ユーザ局102は、受信C/(N+I)以下となる最大の所要C/(N+I)を持つ変復調方式、誤り訂正符号化方式の組み合わせを選択すればよい。
【０１０２】
なお、上記の説明では、伝送パラメータの要素として、(1)変復調方式、(2)誤り訂正符号化方式、(3)スペクトラム圧縮率、(4)偏波多重数を用い、(1)+(2)、(1)+(2)+(3)、(1)+(2)+(4)の３種類の組み合わせについて述べたが、これら以外の組み合わせでも構わない。
【０１０３】
図８は、図３で説明したステップ(2)の処理による伝送パラメータの設定例を示す。図８において、縦軸はビーム内の垂直方向の位置、横軸はビーム内の水平方向の位置をそれぞれ示している。図８の例では、ビームの垂直方向および水平方向をそれぞれ１１等分した各位置に存在するユーザ局102にそれぞれ伝送パラメータが設定される。なお、図８の例では、伝送パラメータとして、変復調方式、誤り訂正符号化方式およびスペクトラム圧縮率を設定するようにしたが、偏波多重数など他の伝送パラメータを設定するようにしてもよい。ここで、図８において、QP3/4は変復調方式がQPSKで誤り訂正符号率が3/4であることを示し、16Q1/2は変復調方式が16QAMで誤り訂正符号率が1/2であることを示す。また、c:数字はスペクトラム圧縮率を示し、例えばc:0.86はスペクトラム圧縮率が0.86であることを示す。なお、c:数字が記載されていない場合はスペクトラム圧縮を行わないことを示す。例えば点線円401で示した位置に存在するユーザ局102の伝送パラメータは、変復調方式がQPSK、誤り訂正符号率が3/4、スペクトラム圧縮率が0.86であることを示す。また、点線円402で示した位置に存在するユーザ局102の伝送パラメータは、変復調方式が16QAM、誤り訂正符号率が1/2、スペクトラム圧縮は行わないことを示す。同様に、点線円403で示した位置に存在するユーザ局102の伝送パラメータは、変復調方式が16QAM、誤り訂正符号率が1/2、スペクトラム圧縮率が1.00であることを示す。
【０１０４】
このように、本実施形態に係る無線回線割当方法では、ビーム内の場所ごとに異なる位置に存在するユーザ局102毎に伝送パラメータ(例えば、変復調方式、誤り訂正符号化方式およびスペクトラム圧縮率の組み合わせ)が設定される。
［性能評価］
図９は、システム帯域:36MHz、システム電力:250W、Ur=2のときのシステム全体のスループットの比較例を示す。ここで、図９に示す棒グラフ501および棒グラフ502は、本実施形態に係る無線回線割当方法を適用した場合のシステム全体のスループットの一例を示し、棒グラフ503は、従来技術を適用した場合のシステム全体のスループットの一例を示す。また、棒グラフ501は伝送パラメータが変復調方式および誤り訂正符号化方式の組み合わせである場合、棒グラフ502は伝送パラメータが変復調方式，誤り訂正符号化方式，スペクトラム圧縮率および偏波多重数の組み合わせである場合のそれぞれのシステム全体のスループットを示している。
【０１０５】
このように、本実施形態に係る無線回線割当方法を適用した場合は、従来技術の棒グラフ503のスループットと比較して、システム全体のスループットが向上している。
【０１０６】
図１０は、本実施形態に係る無線回線割当方法を適用した場合のビーム1とビーム2とのUr＝２におけるビーム1およびビーム2のユーザ局毎のスループットの一例を示す。なお、図１０の例は、システム帯域が36MHz、システム電力が250Wのときのユーザ局102毎のスループットである。ここで、図１０は、従来技術で説明した図１６に対応し、縦軸はスループット(kbit/s)、横軸はユーザ番号をそれぞれ示す。なお、図１６と同様に、図１０は、Ur＝２の場合を示すが、全ユーザ局は記載しておらず、ビーム1およびビーム２のユーザ局を合計100局だけピックアップしている。
【０１０７】
図１０の例では、ビーム1内のユーザ局およびビーム2内のユーザ局の区別なく、スループットは約210kbit/sから約280kbit/sである。つまり、ビーム内のユーザ局数がビーム2よりも多いビーム1のユーザ局も、ビーム内のユーザ局数がビーム1よりも少ないビーム2のユーザ局も、同等の公平なスループットが得られている。
【０１０８】
このように、本実施形態に係る無線回線割当方法は、ビーム毎のユーザ局数に偏りがある場合であっても、ビーム間のユーザ局のスループットの公平性を保つことができる。
【０１０９】
以上、実施形態で説明したように、本発明に係る無線回線割当方法および無線通信装置は、各ユーザ間で公平にスループットを提供しつつ、システム全体のスループットを増大させることができる。
【符号の説明】
【０１１０】
100,900・・・マルチビーム無線通信システム；101,901・・・ノード局；102,902・・・ユーザ局；201・・・マルチビームアンテナ；202,302・・・送受信部；203・・・ビーコン送信部；204,305・・・データ入出力部；205,304・・・アクセス制御部；206・・・伝送パラメータ決定部；207・・・ビームリソース配分部；301・・・アンテナ；303・・・位置検出部
【図１】
2018032932.tif 000017
【図２】
2018032932.tif 000018
【図３】
2018032932.tif 000019
【図４】
2018032932.tif 000020
【図５】
2018032932.tif 000021
【図６】
2018032932.tif 000022
【図７】
2018032932.tif 000023
【図８】
2018032932.tif 000024
【図９】
2018032932.tif 000025
【図１０】
2018032932.tif 000026
【図１１】
2018032932.tif 000027
【図１２】
2018032932.tif 000028
【図１３】
2018032932.tif 000029
【図１４】
2018032932.tif 000030
【図１５】
2018032932.tif 000031
【図１６】
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