(57)【要約】      （修正有）【課題】偏波毎のシステム帯域とシステム電力の有効利用を図ることができる偏波多重回線割当方法および制御局装置を提供する。【解決手段】複数の端末局がノード局を介して、サブキャリアごとに両偏波同一周波数を割り当てて偏波多重無線通信を行う無線通信システムにおいて、ノード局に接続される制御局が端末局の要求速度に応じて回線割当を行う際に、ノード局が両偏波合計で利用できる電力と帯域の総和をそれぞれシステム電力、システム帯域とし、割当回線の伝送速度が要求速度の１／２以上となる回線候補を抽出し、当該回線候補の中から片偏波分のシステム帯域とシステム電力がバランスよく利用できるサブキャリア数およびサブキャリア毎の通信方式を決定する第１のステップと、第１のステップで求めたサブキャリア数およびサブキャリア毎の通信方式を両偏波の空き帯域にそれぞれ周波数配置する第２のステップとを有する。【選択図】図８
2011250157.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の端末局がノード局を介して、サブキャリアごとに両偏波同一周波数を割り当てて偏波多重無線通信を行う無線通信システムにおいて、
前記ノード局に接続される制御局が前記端末局の要求速度に応じて回線割当を行う際に、前記ノード局が両偏波合計で利用できる電力と帯域の総和をそれぞれシステム電力、システム帯域とし、
割当回線の伝送速度が前記要求速度の１／２以上となる回線候補を抽出し、当該回線候補の中から片偏波分の前記システム帯域と前記システム電力がバランスよく利用できるサブキャリア数およびサブキャリア毎の通信方式を決定する第１のステップと、
前記第１のステップで求めたサブキャリア数およびサブキャリア毎の通信方式を両偏波の空き帯域にそれぞれ周波数配置する第２のステップと
を有することを特徴とする偏波多重回線割当方法。
【請求項２】
請求項１に記載の偏波多重回線割当方法において、
前記要求速度に応じた回線候補ｊ毎に、偏波あたりのシステム帯域使用率Ｗr(j)とシステム電力使用率Ｐr(j)を求め、偏波あたりのシステム帯域とシステム電力が最も均等に消費されることを評価する評価値α(j) 
α(j) ＝｜Ｗr(j)−Ｐr(j)｜／√２
に応じて、またはシステム帯域とシステム電力の利用が総合的に少ないことを評価する評価値β(j) 
β(j) ＝（Ｗr(j)2＋Ｐr(j)2)1/2
に応じてサブキャリア数およびサブキャリア毎の通信方式を決定する
ことを特徴とする偏波多重回線割当方法。
【請求項３】
請求項２に記載の偏波多重回線割当方法において、
前記評価値α(j) が最小値となる回線候補を１つ選択し、選択したサブキャリア数、サブキャリア毎の通信方式を両偏波の周波数軸上に配置する
ことを特徴とする偏波多重回線割当方法。
【請求項４】
請求項２に記載の偏波多重回線割当方法において、
前記評価値β(j) が最小値となる回線候補を１つ選択し、選択したサブキャリア数、サブキャリア毎の通信方式を両偏波の周波数軸上に配置する
ことを特徴とする偏波多重回線割当方法。
【請求項５】
複数の端末局がノード局を介して、サブキャリアごとに両偏波同一周波数を割り当てて偏波多重無線通信を行う無線通信システムにおける、前記ノード局に接続されて前記端末局への回線割当を行う制御局装置において、
前記ノード局に接続される制御回線モデムと、
前記制御回線モデムに接続され、前記端末局の回線要求信号から端末局ＩＤと要求速度を取り出すアクセス制御部と、
前記アクセス制御部に接続され、前記端末局ＩＤと前記要求速度を通知され、両偏波に対する回線割当を行う回線割当アルゴリズム部と、
前記回線割当アルゴリズム部および前記アクセス制御部に接続され、前記端末局が選択できる通信方式を前記端末局ＩＤに対応付けて管理する回線管理ＤＢ部とを備え、
前記回線割当アルゴリズム部は、
前記端末局の要求速度に応じて回線割当を行う際に、前記ノード局が両偏波合計で利用できる電力と帯域の総和をそれぞれシステム電力、システム帯域とし、
割当回線の伝送速度が前記要求速度の１／２以上となる回線候補を抽出し、当該回線候補の中から片偏波分の前記システム帯域と前記システム電力がバランスよく利用できるサブキャリア数およびサブキャリア毎の通信方式を決定する第１のステップと、
前記第１のステップで求めたサブキャリア数およびサブキャリア毎の通信方式を両偏波の空き帯域にそれぞれ周波数配置する第２のステップと
を処理する構成であることを特徴とする制御局装置。
【請求項６】
請求項５に記載の制御局装置において、
前記回線割当アルゴリズム部は、
前記要求速度に応じた回線候補ｊ毎に、偏波あたりのシステム帯域使用率Ｗr(j)とシステム電力使用率Ｐr(j)を求め、偏波あたりのシステム帯域とシステム電力が最も均等に消費されることを評価する評価値α(j) 
α(j) ＝｜Ｗr(j)−Ｐr(j)｜／√２
に応じて、またはシステム帯域とシステム電力の利用が総合的に少ないことを評価する評価値β(j) 
β(j) ＝（Ｗr(j)2＋Ｐr(j)2)1/2
に応じてサブキャリア数およびサブキャリア毎の通信方式を決定する構成である
ことを特徴とする制御局装置。
【請求項７】
請求項６に記載の制御局装置において、
前記回線割当アルゴリズム部は、
前記評価値α(j) が最小値となる回線候補を１つ選択し、選択したサブキャリア数、サブキャリア毎の通信方式を両偏波の周波数軸上に配置する構成である
ことを特徴とする制御局装置。
【請求項８】
請求項６に記載の制御局装置において、
前記回線割当アルゴリズム部は、
前記評価値β(j) が最小値となる回線候補を１つ選択し、選択したサブキャリア数、サブキャリア毎の通信方式を両偏波の周波数軸上に配置する構成である
ことを特徴とする制御局装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の端末局がノード局（例えば通信衛星やセルラ基地局）を介して偏波多重無線通信を行う無線通信システムにおいて、偏波毎の周波数と電力の有効利用を図る偏波多重回線割当方法およびそれを実行する制御局装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
偏波多重しない端末局がノード局を介して通信する無線通信システムにおける従来の回線割当方法として、非特許文献１の技術が知られる。ここでは、端末局が通信に用いる(1) 電力、(2) 帯域、(3) 通信方式（変復調方式と誤り訂正符号化率の組み合わせ）を合せて回線と呼び、ノード局が利用できる最大電力と最大帯域をそれぞれシステム電力とシステム帯域を呼ぶ。
【０００３】
このような無線通信システムでは、全通信がノード局を経由するため、回線の全電力がシステム電力に達した場合には、回線の全帯域がシステム帯域に達しなくてもそれ以上の回線を割り当てられない。逆に全帯域がシステム帯域に達した場合には、全電力がシステム電力に達しなくてもそれ以上の回線を割り当てられない。ここで、端末局は回線を一定帯域幅のサブキャリアに分割し、サブキャリア毎に通信方式、電力、偏波、中心周波数を自由に選択できる機能を有するものとする。このような端末局に対して、従来技術を用いて回線割当を行う場合は、要求速度以上となり、かつシステム帯域とシステム電力を最もバランスよく利用するサブキャリア数と通信方式の組合せを決定し、当該サブキャリアを空き帯域に配置する。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】中平勝也、小林聖、衛星リソースを高効率利用する適応マルチキャリア回線割当アルゴリズムの提案、電子情報通信学会衛星通信研究会SAT2008-58
【非特許文献２】Fumihiro Yamashita, Junichi Abe, Kiyoshi Kobayashi, Hiroshi Kazama, Frequency Asynchronous Cross-Polarization Interference Canceller for Variable Polarization Frequency Division Multiplexing (VPFDM), IEICE Trans. Commun., E92-B, 2009
【非特許文献３】田辺隆人, 非線形計画法アルゴリズムの実装と応用, 日本オペレーションズリサーチ学会, 第49回シンポジュウム, Nov. 2003
【非特許文献４】久保幹雄, メタヒューリステックスの数理, 共立出版, 2009
【非特許文献５】標準規格(LASCOM STD-401)、ＤＡＭＡ回線制御方式
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
一方、周波数有効利用のため、端末局とノード局との間で偏波多重通信を行うシステムが知られている。図１に示す衛星通信システムではノード局は通信衛星であり、図２に示すセルラ通信システムではノード局はセルラ基地局である。端末局は、制御回線により制御局から指示された通信回線を用いて別の端末局とノード局を介して偏波多重通信を行う。
【０００６】
例えば、水平／垂直（Ｈ／Ｖ）偏波に多重するシステムでは、端末局とノード局の偏波面角度差をｘとするとき、ｘ≠０では偏波間干渉が発生し、干渉は雑音成分として信号に重畳するため信号品質が劣化する。これに対し、自端末局信号内の偏波間干渉は、非特許文献２のＶＰＦＤＭ技術により取り除くことが可能である。ＶＰＦＤＭ技術による偏波多重通信では、他端末局への干渉影響を回避しつつ信号品質劣化のない通信を行うため、１台の端末局に割り当てるサブキャリアは両偏波同一周波数とする制約（以下、キャリア制約）を設ける必要がある。キャリア制約に沿った各端末局のサブキャリアのシステム帯域上への周波数配置例を図３に示す。各端末局Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄごとに、両偏波同一周波数が割り当てられる。
【０００７】
このようなシステムに非特許文献１の従来技術を適用する場合、ノード局が両偏波合計で利用できる電力と帯域の総和をそれぞれシステム電力、システム帯域とおき、サブキャリア数と通信方式の組合せを決定すればよい。従来技術によりサブキャリア数と通信方式の組合せをキャリア制約を満足するよう各偏波の周波数軸上に配置した例を図４に示す。なお、図中の数値は、電力量または通信方式を示す。図４(a) に示す例は、サブキャリアを所要電力が大きい順に両偏波に配置するケースであるが、その結果、各偏波の使用電力量が異なる。このとき、割当回線がシステム内に増加すると、図５のように片偏波のシステム電力が残留する。図５(a) は、Ｖ偏波のシステム電力が上限に達したために、Ｖ偏波に残留帯域と、Ｈ偏波に残留帯域および残留電力が生じる例を示す。図５(b) は、Ｈ偏波のシステム電力が上限に達したために、Ｈ偏波に残留帯域と、Ｖ偏波に残留帯域および残留電力が生じる例を示す。さらに、端末局の移動等で偏波角回転が生じる場合は、偏波間の漏れ込み電力量が変化し（例えば図４(a) の「５」の電力量が減り、対向する「３」の電力量が増加）、最悪ケースとして偏波間の使用電力量が逆転する。このため、使用電力の大きい偏波側の電力を各偏波の最大使用電力量と見なす必要があり、その結果、片偏波のシステム電力が残留する。
【０００８】
図４(b) に示す例は、奇数個のサブキャリアを両偏波に配置するケースであるが、キャリア制約のため、ダミーのサブキャリアを１個追加する必要がある。したがって、帯域と電力が無駄になる。
【０００９】
本発明は、以上の課題を解決し、偏波毎のシステム帯域とシステム電力の有効利用を図ることができる偏波多重回線割当方法および制御局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】
【００１０】
第１の発明の偏波多重回線割当方法は、複数の端末局がノード局を介して、サブキャリアごとに両偏波同一周波数を割り当てて偏波多重無線通信を行う無線通信システムにおいて、ノード局に接続される制御局が端末局の要求速度に応じて回線割当を行う際に、ノード局が両偏波合計で利用できる電力と帯域の総和をそれぞれシステム電力、システム帯域とし、割当回線の伝送速度が要求速度の１／２以上となる回線候補を抽出し、当該回線候補の中から片偏波分のシステム帯域とシステム電力がバランスよく利用できるサブキャリア数およびサブキャリア毎の通信方式を決定する第１のステップと、第１のステップで求めたサブキャリア数およびサブキャリア毎の通信方式を両偏波の空き帯域にそれぞれ周波数配置する第２のステップとを有することを特徴とする。
【００１１】
第１の発明の偏波多重回線割当方法において、要求速度に応じた回線候補ｊ毎に、偏波あたりのシステム帯域使用率Ｗr(j)とシステム電力使用率Ｐr(j)を求め、偏波あたりのシステム帯域とシステム電力が最も均等に消費されることを評価する評価値α(j) 
α(j) ＝｜Ｗr(j)−Ｐr(j)｜／√２
に応じて、またはシステム帯域とシステム電力の利用が総合的に少ないことを評価する評価値β(j) 
β(j) ＝（Ｗr(j)2＋Ｐr(j)2)1/2
に応じてサブキャリア数およびサブキャリア毎の通信方式を決定する。
【００１２】
第１の発明の偏波多重回線割当方法において、評価値α(j) が最小値となる回線候補を１つ選択し、選択したサブキャリア数、サブキャリア毎の通信方式を両偏波の周波数軸上に配置する。
【００１３】
第１の発明の偏波多重回線割当方法において、評価値β(j) が最小値となる回線候補を１つ選択し、選択したサブキャリア数、サブキャリア毎の通信方式を両偏波の周波数軸上に配置する。
【００１４】
第２の発明の制御局装置は、複数の端末局がノード局を介して、サブキャリアごとに両偏波同一周波数を割り当てて偏波多重無線通信を行う無線通信システムにおける、ノード局に接続されて端末局への回線割当を行う制御局装置において、ノード局に接続される制御回線モデムと、制御回線モデムに接続され、端末局の回線要求信号から端末局ＩＤと要求速度を取り出すアクセス制御部と、アクセス制御部に接続され、端末局ＩＤと要求速度を通知され、両偏波に対する回線割当を行う回線割当アルゴリズム部と、回線割当アルゴリズム部およびアクセス制御部に接続され、端末局が選択できる通信方式を端末局ＩＤに対応付けて管理する回線管理ＤＢ部とを備え、回線割当アルゴリズム部は、端末局の要求速度に応じて回線割当を行う際に、ノード局が両偏波合計で利用できる電力と帯域の総和をそれぞれシステム電力、システム帯域とし、割当回線の伝送速度が要求速度の１／２以上となる回線候補を抽出し、当該回線候補の中から片偏波分のシステム帯域とシステム電力がバランスよく利用できるサブキャリア数およびサブキャリア毎の通信方式を決定する第１のステップと、第１のステップで求めたサブキャリア数およびサブキャリア毎の通信方式を両偏波の空き帯域にそれぞれ周波数配置する第２のステップとを処理する構成である。
【００１５】
第２の発明の制御局装置において、回線割当アルゴリズム部は、要求速度に応じた回線候補ｊ毎に、偏波あたりのシステム帯域使用率Ｗr(j)とシステム電力使用率Ｐr(j)を求め、偏波あたりのシステム帯域とシステム電力が最も均等に消費されることを評価する評価値α(j) 
α(j) ＝｜Ｗr(j)−Ｐr(j)｜／√２
に応じて、またはシステム帯域とシステム電力の利用が総合的に少ないことを評価する評価値β(j) 
β(j) ＝（Ｗr(j)2＋Ｐr(j)2)1/2
に応じてサブキャリア数およびサブキャリア毎の通信方式を決定する構成である。
【００１６】
第２の発明の制御局装置において、回線割当アルゴリズム部は、評価値α(j) が最小値となる回線候補を１つ選択し、選択したサブキャリア数、サブキャリア毎の通信方式を両偏波の周波数軸上に配置する構成である。
【００１７】
第２の発明の制御局装置において、回線割当アルゴリズム部は、評価値β(j) が最小値となる回線候補を１つ選択し、選択したサブキャリア数、サブキャリア毎の通信方式を両偏波の周波数軸上に配置する構成である。
【発明の効果】
【００１８】
本発明は、端末局への偏波多重回線割当の際に、無線通信システムが利用できる偏波毎の最大電力と最大帯域に対する利用状況から回線を決定する。これにより、偏波多重無線通信を行う端末局の通信品質と要求速度を満たしつつ、偏波毎に無線通信システム全体で利用できる最大帯域と最大電力を最大限まで有効利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】衛星通信システムの構成例を示す図である。
【図２】セルラ通信システムの構成例を示す図である。
【図３】システム帯域上への周波数配置例を示す図である。
【図４】サブキャリアの配置例を示す図である。
【図５】システム電力とシステム帯域が残留する例を示す図である。
【図６】通信方式に対応するＣ／ＮおよびＢＥＲの例を示す図である。
【図７】リソース条件を示す図である。
【図８】本発明の偏波多重回線割当方法の処理手順を示すフローチャートである。
【図９】本発明の偏波多重回線割当方法における回線割当例を示す図である。
【図１０】本発明の偏波多重回線割当方法における回線割当例を示す図である。
【図１１】回線候補ｊを割当てた時のＷr(j)，Ｐr(j)の関係を示す図である。
【図１２】残留偏波の定義を説明する図である。
【図１３】回線割当毎の残留偏波と残留電力の変化例を示す図である。
【図１４】偏波毎のシステム帯域利用率、システム電力利用率の割当回線毎の変化例を示す図である。
【図１５】最大回線数のキャリア配置例を示す図である。
【図１６】従来の自由配置方式による各利用率の割当回線毎の変化例を示す図である。
【図１７】本発明による回線割当の手順を示す図である。
【図１８】本発明の制御局装置の構成例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
本発明が適用される無線通信システムは、図１に示す衛星通信システムや図２に示すセルラ通信システムであり、端末局と端末局がノード局を介して偏波多重通信を行う。
【００２１】
ところで、無線通信では図６に示すように、通信方式（変復調方式と誤り訂正符号化率の組み合わせ）に応じて、受信信号のＣ／Ｎ（雑音電力Ｎに対する受信電力Ｃの比）と、ビット誤り率（ＢＥＲ）が一意に決まる。そこで、所要ＢＥＲを確保するために必要なＣ／Ｎ（以下、所要Ｃ／ＮまたはＣ／Ｎreq と記す）が通信方式毎に定められ、通信方式からスペクトラム利用効率η（単位帯域あたりに伝送可能なビットレート) が一意に決まる。以上より、回線割当において決定すべき回線要素は、
(a) サブキャリア数
(b) サブキャリア毎の通信方式または電力
(c) サブキャリア毎の偏波
(d) サブキャリア毎の中心周波数
である。ここで、通信方式の所要Ｃ／Ｎから電力が一意に決まるため、通信方式と電力は同一回線要素とした。
【００２２】
以下の説明では、単純に図７に示すようにシステム帯域は各偏波同一かつシステム電力も各偏波同一とし、この条件を「リソース条件」と呼ぶ。
【００２３】
図８は、本発明の偏波多重回線割当方法の処理手順を示す。
図８において、第１ステップでは、伝送速度が要求速度の１／２以上となり片偏波分のシステム帯域とシステム電力を最もバランス良く利用できる回線要素(a), (b)を求める。要求速度特定、回線候補抽出、評価値計算、サブキャリア数およびサブキャリア毎通信方式決定の各処理の詳細については後述する。次に、第２ステップでは、第１ステップで求めた同一の回線要素(a), (b)を両偏波の空き帯域にそれぞれ周波数配置する。このように同一の回線要素(a), (b)を両偏波に配置することを「キャリア対配置」と呼ぶ。端末局種別決定、サブキャリア偏波およびサブキャリア中心周波数決定の各処理の詳細については後述する。第２ステップにより要求速度の１／２を満たす回線要素が両偏波に割当てられるため合計の伝送速度が２倍となり、要求速度を満たす回線が割当られる。
【００２４】
以上より図９に示すように、本発明は、(1) 伝送速度が要求速度以上、(2) 偏波間の電力使用量と帯域使用量が同一、(3) 偏波毎の電力使用量と帯域使用量のバランスが良い、を同時に満たす回線割当が行われる。その結果、システム内に割当回線が増え続けた場合、図１０に示すように偏波毎のシステム帯域とシステム電力が残留することなく最大限に利用できる。以下、具体的な実現手法を以下に説明する。
【００２５】
（回線候補の抽出）
表１は、通信方式の種類と各通信方式のスペクトラム利用効率ηとＣ／Ｎreq の例を示す。ηは変調指数と誤り訂正符号化率の積であり、周波数あたりに伝送可能なビットレートである。また、表１のＣ／Ｎreq は図６においてＢＥＲ＝10-5を満たすＣ／Ｎである。このような通信方式をサブキャリア毎に自由に設定できることを前提とする。回線をキャリア帯域幅Ｗ0 のＤ個のサブキャリアに分割し、ｉ番目のサブキャリアのスペクトラム利用効率をη(i) とすると、各サブキャリアの伝送速度はη(i)Ｗ0である。従って、割当回線の伝送速度が要求速度の 1/2（＝Ｒreq ）以上となるには次式を満足する必要がある。
【００２６】
【数１】
2011250157.tif 000003
【００２７】
式(1) を満たす通信方式の一連の組み合わせは複数存在し、これを回線候補と呼ぶ。γを大きくするほど回線候補数を増やすことができる。しかし、計算時間が増大する問題や、伝送速度が大きくなり必要以上の電力と帯域が割当てられる問題がある。なお、後述する回線割当例ではγ＝1.2 を用いた。
【００２８】
【表１】
2011250157.tif 000004
【００２９】
（所要リソースの算出）
端末局からの送信波には、ノード局と受信側の端末局装置で雑音が付加される。このとき、受信雑音電力密度Ｎ0 （単位帯域あたりの雑音電力）は次式となる。
【００３０】
【数２】
2011250157.tif 000005
【００３１】
ここで、Ｇnodeはノード局アンテナ利得、Ｇtrans はノード局中継器利得、Ｇtermr は受信側の端末局アンテナ利得、Ｌd はダウンリンク自由空間損失率、Ｔnode，Ｔtermはそれぞれノード局装置と端末局装置の雑音温度、κはボルツマン定数である。なお、ノード局および端末局それぞれのアンテナ利得は送受で同一とし、他ノード局、他システムからの干渉は無視した。
【００３２】
受信側の端末局では、サブキャリア毎に所要Ｃ／Ｎを満たす必要がある。そこで、Ｃ／Ｎreq (i, j)をｊ番目の回線候補のｉ番目のサブキャリアのＣ／Ｎreq 、Ｄ(j) をｊ番目の回線候補のサブキャリア数、Ｇterms を送信側端末局のアンテナ利得、Ｌu をアップリンク自由空間損失率とするとき、回線候補毎の端末局所要送信電力Ｐreq(j)は次式となる。
【００３３】
【数３】
2011250157.tif 000006
【００３４】
また、Ｐreq(j)ノード局端での換算値Ｐnode req(j) は次式となる。
Ｐnode req(j) ＝Ｐreq(j) ＧnodeＧtransＧterms／(ＬdＬu)   …(4) 
また、回線候補毎の所要帯域幅Ｗreq(j) は次式となる。
Ｗreq(j) ＝Ｄ(j)Ｗ0         …(5) 
【００３５】
（評価値の算出）
式(3) 〜(5) を用い、偏波あたりのシステム帯域使用率Ｗr (j) 、システム電力使用率Ｐr (j) を回線候補毎に次式で求める。
Ｗr(j) ＝（Ｗreq(j)＋Ｗagn)／Ｗsys             …(6) 
Ｐr(j) ＝（Ｐnode req(j)＋Ｐagn)／Ｐsys        …(7) 
【００３６】
ここでＷsys 、Ｐsys 、Ｗagn 、Ｐagn は偏波あたりのシステム帯域、システム電力、割当済み帯域、割当済み電力である。また端末局電力使用率Ｅr(j)を回線候補毎に次式で求める。
Ｅr(j) ＝２×Ｐreq(j)／Ｐterm                  …(8) 
【００３７】
ここで、Ｐtermは端末局の最大送信電力である。式(8) の乗数２はキャリア対配置により各偏波同一量の電力が必要であること示している。
【００３８】
ところで、Ｗr(j),Ｐr(j) は、ｊ番目の回線候補を用いて回線割当を行った後に、偏波あたりのシステム帯域とシステム電力がどれくらいの割合で利用済みになるかを示す値である。また、Ｅr(j)は、端末局の最大送信電力のに対してどれくらいの割合で電力送信を行う必要があるかを示す値である。したがって、Ｗr(j),Ｐr(j),Ｅr(j)のいずれも１を超えて回線割当を行うことは出来ず、次式が同時に成立する必要がある。
Ｗr(j) ≦１
Ｐr(j) ≦１                      …(9) 
Ｅr(j) ≦１
【００３９】
図１１は、回線候補ｊを割当てた時にＷr(j),Ｐr(j),の関係を示す。図より、α(j) が小さいほど偏波あたりのシステム帯域とシステム電力が最も均等に消費される。また、β(j) が小さいほど偏波あたりのシステム帯域とシステム電力の利用が総合的に少なくなる。そこで、次式で回線候補毎に評価値α(j),β(j) を算出する。
α(j) ＝｜Ｗr(j)−Ｐr(j)｜／√２          …(10)
β(j) ＝（Ｗr(j)2＋Ｐr(j)2)1/2            …(11)
【００４０】
（回線割当）
本発明の第一の方法は、評価値α(j) が最小値となる回線候補を１つ選択し、選択したサブキャリア数、サブキャリア毎の通信方式からなる回線要素を図９で示したように両偏波の周波数軸上に配置する。本方法によれば、偏波あたりにシステム帯域とシステム電力が最も均等に消費される。このとき、回線は両偏波同一であるため両偏波総合的に電力・帯域の残留を回避できる。なお、α(j) が最小となるｊが２個以上存在する場合は任意の回線候補ｊを１つ選択する。
【００４１】
次に、本発明の第二の方法は、評価値α(j) の代わりに評価値β(j) を用い、第一の方法と同様に評価値β(j) が最小値となる回線候補を１つ選択し、選択したサブキャリア数、サブキャリア毎の通信方式からなる回線要素を図９で示したように両偏波の周波数軸上に配置する。本方法によれば両偏波総合的に電力・帯域を有効利用できる。
【００４２】
ところで、式(11)に示す評価値β(j) は、Ｗr (j) とＰr (j) を均等に近づける条件ではないため、第二の方法は電力・帯域の残留を回避できるとは限らない。
【００４３】
本発明の第三の方法は、評価値α(j) のしきい値をαlim に設定し、評価値β(j) のしきい値をβlim に設定し、第一の方法におけるα(j) の代わりに以下のいずれかの評価値を用いる。
α'(j)：β(j) ≦βlim を満たすα(j) 
β'(j)：α(j) ≦αlim を満たすβ(j) 
α"(j)：α(j) ≦αlim かつβ(x) ≦βlim を同時に満たすα(j) 
β"(j)：α(j) ≦αlim かつβ(x) ≦βlim を同時に満たすβ(j) 
【００４４】
第三の方法によれば、両偏波総合的に電力・帯域を有効利用できると同時に、電力・帯域の残留を回避する回線が割当てられる。なお、上述のαlim ，βlim は、回線割当毎に動的に変更してもよい。例えば、α(j),β(j) を小さい順に並べかえ、並べ替えた値の小さい方から上位Ｘ％の最大値や上位Ｙ番目をαlim ，βlim として用いる方法が考えられる。このときＸやＹは固定値とする。
【００４５】
次に、本発明の第四〜第六の方法は、第一〜第三の方法におけるＷr (j) ，Ｐr (j) を次式のＷ'r(j) ，Ｐ'r(j) で置き換える。
Ｗ'r(j)＝Ｗreq(j)／Ｗrem           …(12)
Ｐ'r(j)＝Ｐnode req(j)／Ｐrem      …(13)
【００４６】
ここで、Ｗrem ，Ｐrem は偏波あたりの残留帯域と残留電力である。従って、Ｗ'r(j),Ｐ'r(j) は、ｊ番目の候補回線を用いて回線割当を行った後に、偏波あたりの残留帯域と残留電力がどれくらいの割合で使用済みになるかを示す値である。つまり、α(j) が小さいほど偏波あたりの残留帯域と残留電力が最も均等に消費され、β(j) が小さいほど偏波あたりの残留帯域と残留電力の利用が総合的に小さくなる。従って、第一〜第三の方法と同様の効果が得られる。
【００４７】
第一〜第六の方法はリソース条件のもと、キャリア制約に従ってキャリア対配置を行う場合を前提とした。ここで、ノード局の利用電力は利用帯域に対し単調増加することを前提とする。
【００４８】
本発明の第七の方法は、リソース条件を満足しない場合、表２および図１２の定義において、第一のステップとして両システム帯域・電力をシステム帯域・電力と見なしこれまでの方法で回線割当を行う。次に、全回線の割当帯域と割当電力がシステム帯域かシステム電力に達し、第一のステップが実施不可能になった場合は、第二のステップとして、片システム帯域・電力をシステム帯域・電力と見なし、要求速度（１／２ではない）を満たす回線候補から評価値による方法で選出した回線を残留偏波の空き帯域に配置する方法である。これにより、リソース条件を満足しない場合でもこれまでと同様の効果が得られる。なお、残留偏波の定義は表２に代えて、「最大利用電力が大きい方の偏波」と変えてもよい。
【００４９】
【表２】
2011250157.tif 000007
【００５０】
第四〜第七の方法は、偏波を自由に使用できる端末局（以下、両偏波局）を前提とした。しかし、Ｖ偏波のみ使用して通信を行う端末局（Ｖ偏波局）や、Ｈ偏波のみ使用して通信を行う端末局（Ｈ偏波局）が混在するシステムに用いることができない。
【００５１】
本発明の第八の方法は、第四〜第七の方法において、両偏波局にはこれまでの方法を用いて回線割当を行うが、Ｖ偏波局、Ｈ偏波局には要求速度（１／２ではない）を満たす回線候補から選択した回線要素(a), (b)を自局利用偏波に配置する。ただし、端末局毎の残留帯域、残留電力の定義は表３とする。両偏波が未使用状態からＶ偏波局、両偏波局の順に回線割当を行ったときの回線割当毎の残留帯域と残留電力の変化例を図１３に示す。本方法によれば、両偏波局、Ｖ偏波局、Ｈ偏波局が混在してもこれまでと同様の効果が得られる。
【００５２】
【表３】
2011250157.tif 000008
【００５３】
第一〜第八の方法は、回線をサブキャリアに分割することを前提とした。
本発明の第九の方法は、回線にシングルキャリアを使用するシステムに用いるため、第一〜第八の方法に対し、全サブキャリアの通信方式が同一かつ全サブキャリアの周波数が連続である制約を課し、全サブキャリアを一連のシングルキャリアと見なして回線割当を行う方法である。
【００５４】
（回線割当例）
表４に示すパラメータを用いて本発明による回線割当例を示す。
要求速度１Ｍbps （Ｒreq ＝ 500ｋbps)の回線候補例を表５に示す。なお、表中の通信方式の組み合わせ番号は、表１で示した通信方式の番号である。このような回線候補の導出には非線形２次計画法（非特許文献３）や局所探索法（非特許文献４）を用いる方法がある。
【００５５】
【表４】
2011250157.tif 000009
【００５６】
【表５】
2011250157.tif 000010
【００５７】
次に、割当済み回線が全く無い状況（Ｗagn ＝Ｐagn ＝０）で送信側端末局(1) 、受信側端末局(2) で上述の回線候補に対して回線割当を行った。表６に結果を示す。候補番号ｊと通信方式の組合せは表５と同一である。表に第一〜第六までの方法で選択される回線候補に○を記した。第三と第六の方法では上位２番目に小さいα(j) をαlim とし、評価値β'(j)を用いた。
【００５８】
【表６】
2011250157.tif 000011
【００５９】
表６より、式(9) を満たし、かつ評価値α(j) が最小の候補番号は14である。すなわち、第一の方法によれば方式番号４（変調方式ＱＰＳＫ、符号化率3/4)と、方式番号９（変調方式16ＱＡＭ、符号化率7/8)の各１個のサブキャリアからなる回線が選択される。このとき、偏波あたりのシステム帯域利用率＝0.1000、システム電力利用率＝0.1401となり回線候補中最も帯域、電力をバランスよく利用する。
【００６０】
次に、βの最小値は候補番号13となった。従って、第二の方法によれば方式番号４（変調方式ＱＰＳＫ、符号化率3/4)のサブキャリア１個と、方式番号５（変調方式ＱＰＳＫ、符号化率7/8)のサブキャリア２個から成る回線が選択される。その結果、偏波あたりのシステム帯域利用率＝0.15、システム電力利用率＝0.0695となり、電力と帯域が総合的に小さくなる。さらに、第三の方法によれば、選択回線は候補番号は13となり、第一の方法と同一となった。また、第一〜第三の方法と第四〜第六の方法の結果はそれぞれ同一となった。これはＷr ＝Ｗ'r、Ｐr ＝Ｐ'rとなるためである。
【００６１】
上述の回線割当後に、送信側端末局(2) 、受信側端末局(1) で要求速度１Ｍbps(Ｒreq ＝ 500ｋbps)の回線割当を行った。表７に結果を示す。この例で示した様に、同一要求速度の回線要求が発生しても、要求時点の割当済み回線の状況や送受の端末局の組み合わせにより、回線割当の度に異なる内容の回線が選択されることが分かる。また、
Ｗr ≠Ｗ'r、Ｐr ≠Ｐ'r
のため、第一〜第三の方法と第四〜第六の方法の結果が異なる。
【００６２】
【表７】
2011250157.tif 000012
【００６３】
次に、全端末局を要求速度 500ｋbps 、アンテナ利得41ｄＢの両偏波局とし、各偏波システム帯域と各偏波システム電力を36ＭHz、10Ｗに変更し、全割当帯域または全割当電力が各偏波のシステム帯域・電力に達するまで本発明の第一の方法を用いて回線割当を行なった。双方向回線において片方向を発回線、その逆方向を着回線と呼ぶ。
【００６４】
偏波毎のシステム帯域利用率、システム電力利用率の割当回線毎の変化を図１４に示す。これより各偏波の帯域/ 電力利用率が同時に１に達し電力・帯域の残留は発生せず、最大回線数は110 回線となった。最大回線数時のキャリア配置を図１５に示す。各サブキャリアの通信方式を長方形の高さで区分したが、キャリア対配置により両偏波の通信方式が全サブキャリア同一となっている。
【００６５】
キャリア対配置を行わない場合（以下は自由配置方式）は通信方式が各偏波で異なるため、図４（例１）のようなキャリア配置となり、偏波間の割当電力が不均衡になることが予想される。自由配置方式を用い上述と同条件で回線割当を行った結果を図１６に示す。その結果、Ｖ偏波のシステム電力以外の電力と帯域が残留し最大回線数は80回線に減少した。本発明と従来の自由配置方式を様々な条件下で比較した結果を表８にまとめる。以上より本発明は電力・帯域の残留が発生せず帯域・電力を有効利用できることが定量的に明らかである。
【００６６】
【表８】
2011250157.tif 000013
【００６７】
以上の説明では、周波数が端末局を分離するために用いられる回線要素であるため、ＦＤＭＡを用いる無線通信システムに適用できる。また、周波数に代えて拡散符号と時間のどちらか一方、あるいは周波数、拡散符号、時間を組み合わせた情報を端末固有の割当要素とすればＣＤＭＡ，ＴＤＭＡあるいはこれらを組み合わせた無線通信システムにも適用できる。また選択可能な通信方式の種類は端末局毎に異なってもよい。またＶ／Ｈ偏波の例を示したが、左旋／右旋円偏波を用いるシステムでもよい。
【００６８】
（本発明を実行するための装置）
本発明の偏波多重回線割当方法を実行する制御局装置について説明する。
複数の端末局が同一周波数を用いて通信を行うと、互いの信号が干渉し、正常な通信が行われない。一方、周波数がオーバーラップしないように各端末局に常時固定的に回線を割当てると、通信を行っていない端末局にも回線が必要になり、帯域と電力が無駄となる。よって、本発明は主に通信開始時に端末局に動的に回線を割当て、通信終了時に回線を開放するＤＡＭＡ（Demand Assign Multiple Access)方式に適用される。ここで端末局を通信状態から以下のように区別する。
新規端末局：回線要求を行う端末局
相手端末局：新規端末局と通信を行う相手の端末局
収容端末局：新規端末局が回線要求を行った時点で既に回線割当済みの端末局
【００６９】
図１７は、本発明をＤＡＭＡ方式に適用した回線要求から回線割当までの流れを示す。
(1) 新規端末局から相手端末局への通信要求が発生する。
(2) 新規端末局が制御回線を用い、ノード局経由で制御局に回線要求の信号を送信する。
(3) 制御局は新規端末局, 相手端末局が収容端末局として登録されていないことを確認した後、本発明の回線割当方法を用いて回線を決定し、その後、回線情報をノード局経由で新規端末局と相手端末局に返信する。それと同時に、新規端末局と相手端末局を収容端末局として登録する。
(4) 新規端末局と相手端末局がノード局経由で通信を行う。
(5) 通信終了時に新規端末局または相手端末局が回線開放の信号をノード局経由で制御局に送信する。
(6) 制御局は収容端末局の登録から新規端末局と相手端末局を取り除く。
このような制御回線は固定的に割当られるものとし、本発明は通信回線の割当方法に関するものである。
【００７０】
図１８は、本発明の偏波多重回線割当方法を実行する制御局装置の構成例を示す。
制御局装置は、(1) 端末局種別、(2) 選択可能な通信方式、(3) 要求速度等の端末局毎の情報を把握する必要がある。(1), (2)は予め知り得る端末局固有の情報であるので、端末局ＩＤ情報と関連付けて制御局の回線管理ＤＢ部１に表９に例示すようにデータベース化する。一方、(3) は回線要求毎に異なる。従って、端末局は回線要求信号に端末局ＩＤ情報と要求速度を付与し制御回線を用いて制御局に送信する。制御局は、制御回線モデムから回線要求信号を受信すると、アクセス制御部２が端末局ＩＤと要求速度を取り出し、本発明による回線割当アルゴリズム部３に通知する。回線割当アルゴリズム部３では、要求速度から回線候補を導出し、回線管理ＤＢ部１の内容から割当済み帯域・電力、残留帯域・電力等の必要な情報を算出し、それらの情報をもとに割当てる回線を本発明の回線割当方法で決定する。割当てる回線要素の情報は回線割当信号に付与し、制御回線モデム４から端末局に返信すると共に、割当済み回線として回線管理ＤＢ部１の内容をアップデートする。端末局は通信が終了すると回線開放信号に端末局ＩＤを付与して制御回線を用いて制御局に送信する。制御局は制御回線モデム４から回線開放信号を受信すると、アクセス制御部２が端末局ＩＤを取り出し、回線割当アルゴリズム部３に通知する。これに対し、回線割当アルゴリズム部３は回線管理ＤＢ部１から割り当済回線の情報を消去する。
【００７１】
【表９】
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【符号の説明】
【００７２】
１  回線管理ＤＢ部
２  アクセス制御部
３  回線割当アルゴリズム部
４  通信回線モデム
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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