(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のビームを有するアンテナを用いて、複数の端末局装置の各々の通信を中継する中継装置に対して、前記複数の端末局装置の各々の通信に用いられる回線を割り当てる回線割当方法において、
前記中継装置が有する通信能力を示す指標に基づいて、前記中継装置が前記アンテナを用いて送信できる送信電力を前記複数のビームの各々に分配する分配ステップと、
分配された送信電力に基づいて、前記複数の端末局装置の各々に割り当てる回線の通信方式を前記ビーム毎に決定し、決定した前記ビーム毎の通信方式と、前記複数の端末局装置の各々から取得した前記端末局装置の位置を示す位置情報とに基づいて、前記複数の端末局装置の各々に設定する通信方式を決定する決定ステップと、
決定した前記通信方式を示す制御情報を、前記複数の端末局装置の各々に通知する制御ステップと
を備えることを特徴とする回線割当方法。
【請求項２】
請求項１に記載の回線割当方法において、
前記分配ステップは、前記指標の値が最大となるように、前記送信電力を前記複数のビームの各々に分配することを特徴とする回線割当方法。
【請求項３】
請求項２に記載の回線割当方法において、
前記指標は、前記複数の端末局装置における平均の周波数利用率と前記中継装置が送信できる最大の周波数帯域との積の伝送容量、または前記複数のビームにおける平均の搬送波対雑音比であることを特徴とする回線割当方法。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の回線割当方法において、
前記決定ステップは、前記各ビーム内の位置に応じて前記通信方式を決定し、決定した前記各ビーム内の位置に応じた前記通信方式と、取得した前記複数の端末局装置の各々の前記位置情報とに基づいて、前記複数の端末局装置の各々に設定する通信方式を決定する
ことを特徴とする回線割当方法。
【請求項５】
請求項１ないし請求項４のいずれか1項に記載の回線割当方法において、
前記通信方式は、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回線割当方法。
【請求項６】
複数のビームを有するアンテナを用いて、複数の端末局装置の各々の通信を中継する中継装置に対して、前記複数の端末局装置の各々の通信に用いられる回線を割り当てる回線割当装置において、
前記中継装置が有する通信能力を示す指標に基づいて、前記中継装置が前記アンテナを用いて送信できる送信電力を前記複数のビームの各々に分配する分配部と、
分配された送信電力に基づいて、前記複数の端末局装置の各々に割り当てる回線の通信方式を前記ビーム毎に決定し、決定した前記ビーム毎の通信方式と、前記複数の端末局装置の各々から取得した前記端末局装置の位置を示す位置情報とに基づいて、前記複数の端末局装置の各々に設定する通信方式を決定する決定部と、
決定した前記通信方式を示す制御情報を、前記複数の端末局装置の各々に通知する制御部と
を備えることを特徴とする回線割当装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回線割当方法および回線割当装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
図１０に示す衛星通信システムや図１１に示すセルラ通信システムのような無線通信システムでは、スマートフォンやタブレット型端末等の端末局が回線割当装置から指示された回線を用い、通信衛星局やセルラ基地局（以下、“ノード局”とも称される）を介して、端末局と端末局との間で通信が行われる。図１０および図１１に示した無線通信システムでは、全通信回線の帯域の総和はノード局が利用できる全帯域（以下、“システム帯域”とも称される）に制限される。また、全通信回線の電力の総和は、ノード局が利用できる最大の送信電力（以下、“システム電力”とも称される）に制限される。
【０００３】
そこで、無線通信システムには、システム帯域とシステム電力を有効利用するために、無線通信のサービスを提供するエリアを複数のビームで覆い、隣接するビーム間で異なる周波数帯域を割り当て、ビーム毎に送信電力を配分するマルチビームの無線通信システムがある。
【０００４】
図１２は、マルチビームの無線通信システムの一例を示す。図１２では、例えば、無線通信のサービスを提供するエリア（以下、“サービスエリア”とも称される）が１９のビームＢＭ（ＢＭ１−ＢＭ１９）で覆われる。図１２では、システム帯域は３等分割され、分割された３つの周波数帯域（Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３）の各々は、互いに隣接する３つのビームＢＭを最小単位として、１９のビームＢＭの各々に割り当てられる。すなわち、周波数帯域Ｆ１は、白色で示されるビームＢＭ１、ＢＭ９、ＢＭ１１、ＢＭ１３、ＢＭ１５、ＢＭ１７およびＢＭ１９に割り当てられる。周波数帯域Ｆ２は、網掛けで示されるビームＢＭ２、ＢＭ４、ＢＭ６、ＢＭ１０、ＢＭ１４およびＢＭ１８に割り当てられ、周波数帯域Ｆ３は、斜線で示されるビームＢＭ３、ＢＭ５、ＢＭ７、ＢＭ８、ＢＭ１２およびＢＭ１６に割り当てられる。
【０００５】
しかしながら、図１２に示したマルチビームの構成では、同じ周波数帯域が割り当てられたビームＢＭ間（例えば、ビームＢＭ１とビームＢＭ９）において、ビーム間干渉が発生し、互いが干渉源となる。これにより、端末局の受信電力および干渉電力は、ビームＢＭ内の位置でも異なる。すなわち、図１２に示した無線通信システムでは、ビームＢＭ内の端末局の位置に応じて、端末局における受信信号のキャリア電力対雑音電力比Ｃ／Ｎ（以下、受信Ｃ／Ｎとも称される）が変化してしまう。
【０００６】
そこで、端末局とノード局との無線通信において、システム電力の範囲で各ビームＢＭが送信する送信電力を均等に配分し、全端末局に一律の伝送パラメータ（変復調方式や誤り訂正符号化方式等）を設定する技術が提案されている（例えば、非特許文献１，２）。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】山本員市、古川誠、佐藤嬉珍、西泰樹、堀川浩二: “ワイドスターII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】季羽美仁、小林茂子、久保朋宏、二本木利之、相田浩伺、新田和正: “ワイドスターII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)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、システム電力の範囲で各ビームＢＭが送信する送信電力を均等に配分し、全端末局に同じ伝送パラメータを設定したとしても、ビーム間干渉は発生する。このため、ビームＢＭ毎に受信Ｃ／Ｎは異なるとともに、同じビームＢＭ内でも位置に応じて受信Ｃ／Ｎは異なる。例えば、図１２に示したマルチビームの場合、ビームＢＭ１における受信Ｃ／Ｎの平均値は、８．３４ｄＢとなり、ビームＢＭ９における受信Ｃ／Ｎの平均値は、１１．９６ｄＢとなる。すなわち、ビームＢＭ１の受信Ｃ／Ｎの平均値は、ビームＢＭ９より３０パーセント程度低くなる。これは、ビームＢＭ１は、ビームＢＭ９、ＢＭ１１、ＢＭ１３、ＢＭ１５、ＢＭ１７、ＢＭ１９の６つからビーム間干渉を受けるのに対して、ビームＢＭ９は、ビームＢＭ１、ＢＭ１１、ＢＭ１９の３つからしかビーム間干渉を受けないためである。このために、ビームＢＭ１は、ビームＢＭ９よりも干渉電力Ｎが大きくなり、受信Ｃ／Ｎの平均値が低下してしまう。
【０００９】
また、無線通信では用いる伝送パラメータ毎に、要求されるＣ／Ｎ（以下、“所要Ｃ／Ｎ”とも称される）が異なる。例えば、端末局が一の伝送パラメータに設定され、受信信号の受信Ｃ／Ｎが、設定された一の伝送パラメータの所要Ｃ／Ｎより低くなった場合、端末局が受信した受信信号にビットエラーが多く発生し、端末局は、ノード局との通信ができなくなる。そこで、端末局に設定する伝送パラメータを選択する方法には、図１２に示した全ビームＢＭうち、最も小さい受信Ｃ／Ｎを示すビームＢＭを基準にして、基準にしたビームＢＭの受信Ｃ／Ｎよりも低い所要Ｃ／Ｎの伝送パラメータを全端末局に設定する方法が考えられる。しかしながら、基準にしたビームＢＭの受信Ｃ／Ｎよりも低い所要Ｃ／Ｎの伝送パラメータが、全端末局に設定されることにより、全端末局の周波数利用効率（周波数帯域あたりの伝送速度）が、低くなるという問題がある。
【００１０】
表１は、伝送パラメータに含まれる変復調方式と誤り訂正符号化方式との組み合わせと、所要Ｃ／Ｎと、周波数利用率との関係の一例を示す。表１における変復調方式は、例えば、ＱＰＳＫ（Quadrature Phase Shift Keying）、または１６ＱＡＭ（Quadrature Amplitude Modulation）の場合を示す。また、表１における誤り訂正符号化方式は、誤り訂正符号がＬＤＰＣ（Low Density Parity Check）符号とし、符号化率が３／４、１／２、２／３の各々の場合を示す。
【００１１】
【表１】
0006407901.tif 000002
【００１２】
例えば、図１２に示したマルチビームにおいて、最小の受信Ｃ／Ｎが５ｄＢの場合、表１では、所要Ｃ／Ｎが４．７ｄＢとなるＱＰＳＫとＬＤＰＣ３／４との組み合わせが、伝送パラメータとして選択され、全端末局に設定される。
【００１３】
本発明は、ビーム間干渉が生じる場合でも、従来と比べて、システム全体で利用できる帯域と電力とを有効に利用できる回線割当方法および回線割当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】
【００１４】
第１の発明は、複数のビームを有するアンテナを用いて、複数の端末局装置の各々の通信を中継する中継装置に対して、複数の端末局装置の各々の通信に用いられる回線を割り当てる回線割当方法において、中継装置が有する通信能力を示す指標に基づいて、中継装置がアンテナを用いて送信できる送信電力を複数のビームの各々に分配する分配ステップと、分配された送信電力に基づいて、複数の端末局装置の各々に割り当てる回線の通信方式をビーム毎に決定し、決定したビーム毎の通信方式と、複数の端末局装置の各々から取得した端末局装置の位置を示す位置情報とに基づいて、複数の端末局装置の各々に設定する通信方式を決定する決定ステップと、決定した通信方式を示す制御情報を、複数の端末局装置の各々に通知する制御ステップとを備える。
【００１５】
第１の発明において、分配ステップは、指標の値が最大となるように、送信電力を複数のビームの各々に分配する。
【００１６】
第１の発明において、指標は、複数の端末局装置における平均の周波数利用率と中継装置が送信できる最大の周波数帯域との積の伝送容量、または複数のビームにおける平均の搬送波対雑音比である。
【００１７】
第１の発明において、決定ステップは、各ビーム内の位置に応じて通信方式を決定し、決定した各ビーム内の位置に応じた通信方式と、取得した複数の端末局装置の各々の位置情報とに基づいて、複数の端末局装置の各々に設定する通信方式を決定する。
【００１８】
第１の発明において、通信方式は、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。
【００１９】
第２の発明は、複数のビームを有するアンテナを用いて、複数の端末局装置の各々の通信を中継する中継装置に対して、複数の端末局装置の各々の通信に用いられる回線を割り当てる回線割当装置において、中継装置が有する通信能力を示す指標に基づいて、中継装置がアンテナを用いて送信できる送信電力を複数のビームの各々に分配する分配部と、分配された送信電力に基づいて、複数の端末局装置の各々に割り当てる回線の通信方式をビーム毎に決定し、決定したビーム毎の通信方式と、複数の端末局装置の各々から取得した端末局装置の位置を示す位置情報とに基づいて、複数の端末局装置の各々に設定する通信方式を決定する決定部と、決定した通信方式を示す制御情報を、複数の端末局装置の各々に通知する制御部とを備える。
【発明の効果】
【００２０】
本発明は、ビーム間干渉が生じる場合でも、従来と比べて、システム全体で利用できる帯域と電力とを有効に利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】無線通信システムの一実施形態を示す図である。
【図２】図１に示したノード局および端末局の一例を示す図である。
【図３】図１に示したノード局における回線割当処理の一例を示す図である。
【図４】図２に示した分配部が図３に示した手順１に基づいて分配した送信電力の一例を示す図である。
【図５】伝送パラメータが変復調方式と誤り訂正符号化方式とを含む場合の周波数利用効率と所要Ｃ／Ｎとの関係の一例を示す図である。
【図６】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ル圧縮率を含む場合の周波数利用効率と所要Ｃ／Ｎとの関係の一例を示す図である。
【図７】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を含む場合の周波数利用効率と所要Ｃ／Ｎとの関係の一例を示す図である。
【図８】図１に示した無線通信システムと従来技術とのスループットを比較した一例を示す図である。
【図９】図１に示したノード局における回線割当処理の別例を示す図である。
【図１０】衛星通信システムの一例を示す図である。
【図１１】セルラ通信システムの一例を示す図である。
【図１２】マルチビームの無線通信システムの一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、図面を用いて実施形態について説明する。
【００２３】
図１は、無線通信システムの一実施形態を示す。
【００２４】
図１に示した無線通信システムＳＹＳは、ノード局１００と、Ｎ個の端末局ＵＴ（ＵＴ（１）−ＵＴ（Ｎ））とを有する。
【００２５】
ノード局１００は、例えば、通信衛星局やセルラ基地局等である。ノード局１００は、ノード局１００に含まれるマルチビームのアンテナを用いて、無線通信のサービスを提供するエリア（サービスエリア）を複数のビームで覆い、サービスエリア内の端末局ＵＴの各々の通信を中継する。なお、図１に示したノード局１００は、図１２と同様に、３つの周波数帯域（Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３）の各々が割り当てられ互いに隣接する３つのビームＢＭを最小単位としてパターン配置された１９個のビームＢＭで、サービスエリアを覆う。ノード局１００の動作については、図２で説明する。なお、ノード局１００は、サービスエリアを１９個以外の複数のビームＢＭで覆ってもよい。ノード局１００は、中継装置の一例である。
【００２６】
端末局ＵＴは、スマートフォンやタブレット型端末等の携帯通信端末である。端末局ＵＴは、ノード局１００を介して、図１に示したサービスエリア内の他の端末局ＵＴ、あるいは他のサービスエリアにいる端末局等との間で通信を行う。端末局ＵＴの動作については、図２で説明する。
【００２７】
なお、図１では、３つの端末局ＵＴが、ビームＢＭ１、ＢＭ３、ＢＭ１４の各々にいるが、４つ以上の端末局ＵＴが、サービスエリア内にいてもよい。また、１つのビームＢＭ内に、複数の端末局ＵＴがいてもよい。
【００２８】
図２は、図１に示したノード局１００および端末局ＵＴの一例を示す。
【００２９】
ノード局１００は、アンテナＭＡ、送受信部１０、制御部２０、記憶部３０を有する。
【００３０】
アンテナＭＡは、例えば、１９個のビームＢＭを有するマルチビームのアンテナであり、１９個のビームＢＭを用いて、図１に示したサービスエリアを覆う。
【００３１】
送受信部１０は、端末局ＵＴから送信されたデータを含むデータ信号、あるいは端末局ＵＴを識別する識別情報および端末局ＵＴの位置を示す位置情報を含む制御信号を受信する。送受信部１０は、受信したデータ信号または制御信号を制御部２０に出力する。また、送受信部１０は、端末局ＵＴ宛のデータを含むデータ信号、あるいは制御部２０により決定された伝送パラメータを含む制御信号を、端末局ＵＴに送信する。
【００３２】
制御部２０は、例えば、ノード局１００に含まれるプロセッサ等であり、記憶部３０に記憶されたプログラムを実行することで、ノード局１００の動作を制御する。
【００３３】
制御部２０は、例えば、送受信部１０が端末局ＵＴから受信した信号が制御信号かデータの信号かを判定する。制御部２０は、受信した信号が制御信号の場合、制御信号に含まれる識別情報および位置情報を決定部５０に出力する。
【００３４】
一方、制御部２０は、受信した信号がデータ信号の場合、データ信号に格納されている端末局ＵＴの識別情報を取得する。そして、制御部２０は、取得した識別情報に基づいて、端末局ＵＴに設定されている伝送パラメータ（変復調方式や誤り訂正符号化方式等）を記憶部３０から読み出す。制御部２０は、読み出した伝送パラメータを用いて、受信したデータ信号の復調処理を実行する。制御部２０は、例えば、ノード局１００に含まれる入出力インタフェース等を介して、復調したデータを、外部の送信先の端末局ＵＴ等に出力する。また、制御部２０は、ノード局１００の入出力インタフェース等を介して、データを受信した場合、データに付加される送信先の端末局ＵＴを示す識別情報に基づいて、記憶部３０から端末局ＵＴに設定されている伝送パラメータを読み出す。制御部２０は、読み出した伝送パラメータを用いて、受信したデータの変調処理を実行する。制御部２０は、送受信部１０を介して、変調処理したデータ信号を端末局ＵＴに送信する。
【００３５】
分配部４０は、ノード局１００が有する通信能力を示す指標（例えば、サービスエリア内の平均受信Ｃ／Ｎ等）に基づいて、ノード局１００がアンテナＭＡを用いて送信できる送信電力を１９個のビームＢＭの各々に分配する。分配部４０の動作については、図３で説明する。
【００３６】
決定部５０は、分配部４０により分配された送信電力に基づいて、端末局ＵＴの通信に用いる回線の通信方式（すなわち、伝送パラメータ）をビームＢＭ毎に決定する。決定部５０の動作については、図３で説明する。
【００３７】
なお、制御部２０は、記憶部３０に記憶されたプログラムを実行することにより、分配部４０および決定部５０として機能してもよい。
【００３８】
記憶部３０は、ハードディスク装置あるいはメモリ等である。記憶部３０は、ノード局１００のプロセッサ等が実行するプログラム、決定部５０により決定されたビームＢＭ毎の伝送パラメータを示す情報、および端末局ＵＴ毎に設定された伝送パラメータを示す設定情報を記憶する。
【００３９】
なお、図１に示したノード局１００が回線割当装置の機能を有したが、有線または無線でノード局１００に接続されるコンピュータ装置等が、回線割当装置として動作してもよい。
【００４０】
端末局ＵＴ（１）は、アンテナＡＮＴ、送受信部７０、制御部８０および位置検出部９０を有する。なお、端末局ＵＴ（２）−ＵＴ（Ｎ）は、端末局ＵＴ（１）と同様の要素を有する。
【００４１】
送受信部７０は、ノード局１００から送信されたデータを含むデータ信号、あるいは端末局ＵＴ（１）がいるビームＢＭの伝送パラメータを含む制御信号を、アンテナＡＮＴを介して受信する。送受信部７０は、受信したデータ信号または制御信号を制御部８０に出力する。また、送受信部７０は、データを含むデータ信号、あるいは端末局ＵＴ（１）の識別情報および位置情報を含む制御信号を、アンテナＡＮＴを介してノード局１００に送信する。
【００４２】
制御部８０は、例えば、端末局ＵＴ（１）に含まれるプロセッサ等が、端末局ＵＴ（１）に含まれるメモリ等の記憶部に記憶されたプログラムを実行することにより実現され、端末局ＵＴ（１）の動作を制御する。例えば、制御部８０は、端末局ＵＴ（１）の識別情報と、位置検出部９０が検出した端末局ＵＴ（１）の位置を示す位置情報とを含む制御信号を生成し、送受信部７０およびアンテナＡＮＴを介して、生成した制御信号をノード局１００に送信する。
【００４３】
また、制御部８０は、送受信部７０が端末局ＵＴから受信した信号が制御信号かデータの信号かを判定する。制御部８０は、例えば、受信した信号が制御信号の場合、制御信号に含まれる伝送パラメータを取得する。そして、制御部８０は、取得した伝送パラメータを送受信部７０に設定する。
【００４４】
一方、制御部８０は、例えば、受信した信号がデータ信号の場合、端末局ＵＴ（１）の記憶部から端末局ＵＴ（１）がいるビームＢＭの伝送パラメータを読み出す。制御部８０は、読み出した伝送パラメータを用いて、受信したデータ信号の復調処理を実行する。制御部８０は、例えば、端末局ＵＴ（１）に含まれる液晶モニタ等の表示部に、復調したデータを表示する。また、制御部８０は、端末局ＵＴ（１）に含まれるタッチパネル等の入力部を介して、ユーザから入出指示を受けた場合、受けた入力指示あるいは入力指示により指定されたデータに、伝送パラメータを用いた変調処理を実行する。制御部８０は、送受信部７０を介して、変調処理したデータ信号をノード局１００に送信する。
【００４５】
位置検出部９０は、例えば、アンテナＡＮＴを介して、ＧＰＳ（Global Positioning System）衛星からの信号を受信し、端末局ＵＴ（１）の位置を検出する。位置検出部９０は、検出した位置を示す位置情報を、制御部８０に出力する。制御部８０は、受信した位置情報と、端末局ＵＴ（１）の識別情報とを含む制御信号を、送受信部７０およびアンテナＡＮＴを介してノード局１００に送信する。
【００４６】
なお、位置検出部９０は、ノード局１００が送信するビーコン波を受信し、受信するビーコン波の受信レベルを用いて、位置情報を取得してもよい。
【００４７】
図３は、図１に示したノード局１００における回線割当処理の一例を示す。
【００４８】
上述したように、図１に示したマルチビームの構成では、同じ周波数帯域が割り当てられたビームＢＭ（例えば、ビームＢＭ１、ＢＭ９等）間で、ビーム間干渉が発生する。例えば、ビームＢＭ９にビームＢＭ１より大きい送信電力を分配した場合、ビームＢＭ１とビームＢＭ９とのビーム間干渉は増大し、ビームＢＭ９にビームＢＭ１より少ない送信電力を分配した場合、ビーム間干渉は減少する。そこで、図３に示した手順１では、分配部４０は、１９個のビームＢＭのマルチビームにおける平均受信Ｃ／Ｎが最大となるように、ノード局１００がアンテナＭＡを介して送信できる最大の送信電力（すなわち、システム電力）を、１９個のビームＢＭの各々に分配する。
【００４９】
例えば、分配部４０は、式（１）および式（２）を用いて、平均受信Ｃ／Ｎを算出する。
【００５０】
平均受信Ｃ／Ｎ＝Ｆ（ＰＷ１，ＰＷ２，…，ＰＷＮ）  …（１）
システム電力＝ＰＷ１＋ＰＷ２＋  …  ＋ＰＷＮ      …（２）
すなわち、分配部４０は、平均受信Ｃ／ＮをビームＢＭ（１）−ＢＭ（Ｎ）の各々に分配される送信電力ＰＷ１−ＰＷＮの関数とし、システム電力を全てのビームＢＭに分配する拘束された条件の下で、最大となる平均受信Ｃ／Ｎを求める。平均受信Ｃ／Ｎは、ノード局１００が有する通信能力を示す指標の一例である。
【００５１】
ステップＳ１００では、分配部４０は、ビームＢＭの各々の送信電力ＰＷ１−ＰＷＮの初期値を設定する。例えば、分配部４０は、送信電力ＰＷ１−ＰＷＮの初期値として、システム電力を均等分配した値を設定してもよく、システム電力を任意の割合で分配した値を設定してもよい。
【００５２】
ステップＳ１１０では、分配部４０は、ステップＳ１００で設定された送信電力ＰＷ１−ＰＷＮの初期値、あるいは後述するステップＳ１３０で設定される送信電力ＰＷ１−ＰＷＮの値と、式（１）および式（２）とを用いて、平均受信Ｃ／Ｎを算出する。
【００５３】
ステップＳ１２０では、分配部４０は、ステップＳ１１０で算出した平均受信Ｃ／Ｎが最大となったか否かを判定する。平均受信Ｃ／Ｎが最大となった場合、ノード局１００の処理は、ステップＳ１４０に移る。一方、平均受信Ｃ／Ｎが最大でない場合、ノード局１００の処理は、ステップＳ１３０に移る。
【００５４】
ステップＳ１３０では、例えば、分配部４０は、式（１）および式（２）と、送信電力ＰＷ１−ＰＷＮの値と、逐次２次計画法等の最適化法とを用いて、送信電力ＰＷ１−ＰＷＮの各々の値を更新する。この場合、ノード局１００の処理は、ステップＳ１１０に移る。
【００５５】
図４は、図２に示した分配部４０が図３に示した手順１に基づいて分配した送信電力ＰＷ１−ＰＷＮの一例を示す。図４の横軸は、ビームＢＭを示し、図４の縦軸は、送信電力を示す。図４に示すように、サービスエリアの中心（すなわち、ビームＢＭ１）から離れるに従い、送信電力が減少するように分配される。この場合、ビームＢＭ１における受信Ｃ／Ｎの平均値は、１０．５０ｄＢとなり、ビームＢＭ９における受信Ｃ／Ｎの平均値１０．８２ｄＢとなる。すなわち、ビームＢＭ１の受信Ｃ／Ｎの平均値は、ビームＢＭ９とほぼ等しくなり、システム電力を均等に割り当てた場合（８．３４ｄＢ）より、２ｄＢ程度増加している。
【００５６】
なお、分配部４０は、平均受信Ｃ／Ｎの代わりに、システム全体の伝送容量（以下、“システム容量”とも称される）が最大となるように、システム電力を１９個のビームＢＭの各々に分配してもよい。なお、システム容量とは、平均受信Ｃ／Ｎから求められる全端末局ＵＴが用いる伝送パラメータの平均的な周波数利用効率と、システム帯域との積である。すなわち、分配部４０は、システム容量を各ビームＢＭへ分配される送信電力ＰＷ１−ＰＷＮの関数とし、システム容量が最大となるように、１９個のビームＢＭの各々に送信電力ＰＷ１−ＰＷＮを分配する。
【００５７】
また、式（１）に示すように、平均受信Ｃ／Ｎ（またはシステム容量）は、送信電力ＰＷ１−ＰＷＮの関数としたが、送信電力とともに、周波数帯域、拡散符号、時間等の変数を含む関数でもよい。
【００５８】
次に、図３に示した手順２のステップＳ１４０では、決定部５０は、手順１で算出された平均受信Ｃ／Ｎと、伝送パラメータが要求する所要Ｃ／Ｎとに基づいて、ビームＢＭ１−ＢＭ１９の各々における伝送パラメータを決定する。
【００５９】
図５は、伝送パラメータが変復調方式と誤り訂正符号化方式とを含む場合の周波数利用効率と所要Ｃ／Ｎとの関係の一例を示す。図５の横軸は、周波数利用効率を示し、図５の縦軸は、所要Ｃ／Ｎを示す。また、図５では、変復調方式と誤り訂正符号化方式との組合せは、ＢＰＳＫ（Binary Phase-Shift Keying）  １／２、ＱＰＳＫ  １／２、ＱＰＳＫ  ３／４、８ＰＳＫ（Phase-Shift Keying）  ３／４、１６ＱＡＭ  1／２、および１６ＱＡＭ  ２／３である。
【００６０】
ここで、例えば、端末局ＵＴが用いる伝送パラメータの周波数利用効率をη、伝送速度をＲとする場合、端末局ＵＴが必要とする周波数帯域（所要帯域）Ｗは、式（３）のように関係付けられる。
【００６１】
Ｗ＝Ｒ／η    …（３）
式（３）に示すように、できるだけ少ない周波数帯域の幅、すなわち周波数帯域の幅を節約して通信を行うには、端末局ＵＴは、周波数利用効率ηが大きい伝送パラメータが設定されることが好ましい。図５に示すように、伝送パラメータが変復調方式と誤り訂正符号化方式とを含む場合、周波数利用効率ηが大きくなるに従い、所要Ｃ／Ｎが大きくなる。このため、決定部５０は、ビームＢＭにおける受信Ｃ／Ｎの平均値以下となる最大の所要Ｃ／Ｎ（最大の周波数利用効率）を示す伝送パラメータを選択する。例えば、決定部５０は、ステップＳ１３０で算出された最大の平均受信Ｃ／Ｎを用いて、各ビームＢＭにおける受信Ｃ／Ｎの平均値を算出する。そして、決定部５０は、ビームＢＭ１の受信Ｃ／Ｎの平均値が１０．５０ｄＢの場合、ビームＢＭ１における伝送パラメータを１６ＱＡＭ  １／２に決定する。
【００６２】
図６は、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ル圧縮率を含む場合の周波数利用効率と所要Ｃ／Ｎとの関係の一例を示す。
【００６３】
スペクトラム圧縮伝送では、所定の変復調方式と所定の誤り訂正符号化方式とにおける圧縮前のスペクトラムの周波数帯域をＷｉｎｉｔとする場合、圧縮前のスペクトラムの周波数帯域Ｗｉｎｉｔの一部を削除し、伝送速度を維持したまま信号を伝送できる。スペクトラム圧縮伝送では、周波数帯域の削除を行える単位をＷｓｌｏｔ（Ｈｚ）とし、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（４）のように表される。
【００６４】
Ｗｃｏｍｐ（ｃ）＝Ｗｉｎｉｔ−ＮｄｅｌＷｓｌｏｔ≡Ｗｉｎｉｔ×ｃ  …（４）
なお、パラメータｃは、スペクトラム圧縮前後の所要帯域の比率であるスペクトラム圧縮率を示す。そして、スペクトラム圧縮率ｃが小さいほど、周波数帯域あたりに伝送が可能なビットレートが増すことから、スペクトラム圧縮率ｃによりスペクトラム圧縮前後の周波数利用効率ηｃｏｍｐ（ｃ）は、式（５）のように表される。
ηｃｏｍｐ（ｃ）＝η／ｃ  …（５）
そして、スペクトラム圧縮伝送による受信側（端末局ＵＴまたはノード局１００）での信号のひずみは、送信側（ノード局１００または端末局ＵＴ）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（Forward Error Correction）の繰り返し処理により補償される。このとき、式（５）による周波数利用効率の増加と電力加算による所要Ｃ／Ｎの増加の関係をスペクトラム圧縮カーブと呼ぶ。図６は、変復調方式および誤り訂正符号化方式の組合せが、ＢＰＳＫ  １／２、ＱＰＳＫ  １／２、ＱＰＳＫ  ３／４、８ＰＳＫ  ３／４、１６ＱＡＭ  1／２、および１６ＱＡＭ  ２／３の場合のスペクトラム圧縮カーブをそれぞれ示す。なお、スペクトラム圧縮カーブの形状は、ＦＥＣの繰り返し数等に依存して変化する。
【００６５】
図６に示すように、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ル圧縮率を含む場合、各スペクトル圧縮カーブは、周波数利用効率ηが大きくなるに従って、所要Ｃ／Ｎが大きくなる。このため、決定部５０は、図５の場合と同様に、ビームＢＭにおける受信Ｃ／Ｎ以下となる最大の所要Ｃ／Ｎ（最大の周波数利用効率）を示す伝送パラメータを選択する。例えば、決定部５０は、ビームＢＭ１の受信Ｃ／Ｎの平均値が１０．５０ｄＢの場合、ビームＢＭ１における伝送パラメータを１６ＱＡＭ  １／２に決定する。
【００６６】
図７は、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を含む場合の周波数利用効率と所要Ｃ／Ｎとの関係の一例を示す。
【００６７】
多偏波多重伝送では、直交する垂直（Ｖ）および水平（Ｈ）の両偏波に多重したスペクトラムに対し、１つ以上の新たな偏波軸のスペクトラムを重畳して、信号を送信する。このため、多偏波多重伝送は、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伝送速度を増加させることができる。しかしながら、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、ＶＨ両偏波のスペクトラムに干渉成分として重畳される。そこで、多偏波多重伝送は、ＭＬＤ（Maximum Likelihood Decoding）とＦＥＣとを組み合わせた偏波間誤差補償を実行することにより、ＶＨ両偏波のスペクトラムから干渉成分を除去できる。
【００６８】
図７に示すように、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要素を含む場合、周波数利用効率が大きくなるに従って、所要Ｃ／Ｎが大きくなる。このため、決定部５０は、ビームＢＭにおける受信Ｃ／Ｎの平均値以下となる最大の所要Ｃ／Ｎ（最大の周波数利用効率）を示す伝送パラメータを選択する。例えば、決定部５０は、ビームＢＭ１の受信Ｃ／Ｎの平均値が１０．５０ｄＢの場合、ビームＢＭ１における伝送パラメータを３ＭＰ  ＱＰＳＫ  ２／３に決定する。なお、図７において、２ＭＰは、２偏波多重（ＶＨ直交偏波多重）を示し、３ＭＰは、３偏波多重を示す。
【００６９】
そして、決定部５０は、決定したビームＢＭ毎の伝送パラメータを、記憶部３０に記憶する。
【００７０】
ステップＳ１５０では、決定部５０は、ステップＳ１４０で決定したビームＢＭ毎の伝送パラメータと、取得した端末局ＵＴの位置情報とに基づいて、端末局ＵＴに設定する伝送パラメータを決定する。
【００７１】
ステップＳ１６０では、制御部２０は、ステップＳ１５０で決定した伝送パラメータを含む制御信号を端末局ＵＴに送信し、端末局ＵＴに伝送パラメータを通知する。そして、制御部２０は、端末局ＵＴの識別情報と、端末局ＵＴに設定される伝送パラメータとを対応付けした設定情報を記憶部３０に記憶する。そして、ノード局１００は、回線割当処理を終了する。
【００７２】
なお、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うちの１つ以上を含むことがよく、これ以外の要素を含んでもよい。すなわち、伝送パラメータの要素が増えることにより、選択可能な所要Ｃ／Ｎのバリエーションを増やすことができ、伝送パラメータに含まれる要素が少ない場合と比べて、より高い周波数利用効率の伝送パラメータを用いることができる。
【００７３】
また、伝送パラメータの要素は、ビームＢＭに位置する端末局ＵＴの通信能力に応じて決定されてもよい。例えば、端末局ＵＴが偏波による通信を行うことができない場合、伝送パラメータは、偏波多重数を除いた要素を含むことが好ましい。
【００７４】
図８は、図１に示した無線通信システムＳＹＳと従来技術とのスループットを比較した一例を示す。図８の横軸は、伝送パラメータの組合せを示し、図８の縦軸は、スループットを示す。そして、伝送パラメータの“組合せ１”は、変復調方式と誤り訂正符号化方式とを含み、伝送パラメータの“組合せ２”は、変復調方式、誤り訂正符号化方式、スペクトル圧縮率および偏波多重数を含む。なお、図８の“従来技術”は、ビームＢＭ１−ＢＭ１９の各々に均等にシステム電力を分配した場合を示す。
【００７５】
図８に示すように、伝送パラメータが組合せ１および組合せ２の場合、平均受信Ｃ／Ｎが最大となるようにシステム電力が各ビームＢＭに割り当てられるため、組合せ１、２における無線通信システムＳＹＳのスループットは、従来技術より高くなる。また、伝送パラメータの組合せ２の方が、組合せ１と比べて、含まれる要素が多いため、より高い周波数利用効率の伝送パラメータを選択でき、組合せ２のスループットは、組合せ１のスループットより高くすることができる。
【００７６】
以上、図１から図８に示した実施形態では、分配部４０は、ビームＢＭ１−ＢＭ１９のマルチビームにおける平均受信Ｃ／Ｎが最大となるように、ノード局１００のシステム電力をビームＢＭの各々に分配する。決定部５０は、分配部４０が算出した最大の平均受信Ｃ／Ｎに基づいて、各ビームＢＭの受信Ｃ／Ｎの平均値と、変復調方式等を含む伝送パラメータに応じた所要Ｃ／Ｎとの比較から、ビームＢＭ毎に伝送パラメータを決定する。これにより、無線通信システムＳＹＳは、ビーム間干渉が生じる場合でも、従来と比べて、システム全体で利用できる帯域と電力とを有効に利用できる。
【００７７】
なお、決定部５０は、例えば、算出された平均受信Ｃ／Ｎを用いて、各ビームＢＭ内における受信Ｃ／Ｎの分布を算出してもよい。そして、決定部５０は、算出したビームＢＭ内の受信Ｃ／Ｎの分布と、変復調方式等を含む伝送パラメータに応じた所要Ｃ／Ｎとの比較から、ビームＢＭ内の位置に応じて伝送パラメータを決定してもよい。この場合の決定部５０の動作について、図９で説明する。
【００７８】
図９は、図１に示したノード局１００における回線割当処理の別例を示す。なお、図９に示したステップの処理のうち、図３に示したステップと同一または同様の処理を示すものについては、同一のステップ番号を付し、詳細な説明を省略する。
【００７９】
ノード局１００は、手順１に含まれるステップＳ１００からステップＳ１３０の処理を実行する。なお、図９に示したステップＳ１２０において、平均受信Ｃ／Ｎが最大となった場合、ノード局１００の処理は、ステップＳ１２５に移る。
【００８０】
ステップＳ１２５では、決定部５０は、ステップＳ１２０で算出された最大の平均受信Ｃ／Ｎを用いて、各ビームＢＭにおける受信Ｃ／Ｎの分布を算出する。
【００８１】
ステップＳ１４５では、決定部５０は、ステップＳ１２５で算出された各ビームＢＭ内の受信Ｃ／Ｎの分布と、図５から図７のいずれかに示した伝送パラメータにおける所要Ｃ／Ｎとの比較に基づいて、各ビームＢＭ内の位置に応じて伝送パラメータを決定する。例えば、決定部５０は、図６に示した変復調方式、誤り訂正符号化方式およびスペクトル圧縮率を含む伝送パラメータを決定する場合、ビームＢＭ９の中心位置で算出された受信Ｃ／Ｎと所要Ｃ／Ｎとの比較から、変復調方式および誤り訂正符号化方式が１６ＱＡＭ  １／２で、スペクトラム圧縮率ｃが０．８１の伝送パラメータを決定する。また、決定部５０は、ビームＢＭ９の中心から離れたビームＢＭ９内の位置で算出された受信Ｃ／Ｎと所要Ｃ／Ｎとの比較から、変復調方式および誤り訂正符号化方式が１６ＱＡＭ  ２／３で、スペクトラム圧縮率ｃが０．９５等の伝送パラメータを決定する。そして、決定部５０は、決定した各ビームＢＭ内の位置に応じた伝送パラメータを示す情報を記憶部３０に記憶する。
【００８２】
ステップＳ１５５では、決定部５０は、ステップＳ１４５で決定した各ビームＢＭ内の位置に応じた伝送パラメータと、取得した端末局ＵＴの位置情報とに基づいて、端末局ＵＴに設定する伝送パラメータを決定する。ステップＳ１５５の処理を実行した後、ノード局１００は、ステップＳ１６０の処理を実行し、回線割当処理を終了する。
【００８３】
このように、決定部５０が、各ビームＢＭ内の位置に応じて伝送パラメータを決定し、端末局ＵＴに設定する伝送パラメータを端末局ＵＴの位置に応じて決定することにより、無線通信システムＳＹＳは、システム全体の帯域と電力とを、より効率的に利用できる。
【００８４】
以上の詳細な説明により、実施形態の特徴点および利点は明らかになるであろう。これは、特許請求の範囲がその精神および権利範囲を逸脱しない範囲で前述のような実施形態の特徴点および利点にまで及ぶことを意図するものである。また、当該技術分野において通常の知識を有する者であれば、あらゆる改良および変更に容易に想到できるはずである。したがって、発明性を有する実施形態の範囲を前述したものに限定する意図はなく、実施形態に開示された範囲に含まれる適当な改良物および均等物に拠ることも可能である。
【符号の説明】
【００８５】
１０，７０…送受信部；２０，８０…制御部；３０…記憶部；４０…分配部；５０…決定部；９０…位置検出部；１００…ノード局；ＡＮＴ，ＭＡ…アンテナ；ＢＭ１−ＢＭ１９…ビーム；Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３…周波数帯域；ＳＹＳ…無線通信システム；ＵＴ（１）−ＵＴ（Ｎ）…端末局
【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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