(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
マルチビーム無線通信システムにおける基地局での無線リソースの配分方法であって、
新たに無線リソースを要求した無線端末及び既に無線リソースが割り当てられている無線端末に対して、
各ビームの電力密度と、無線端末の受信性能、無線端末の現在位置での干渉量、無線端末の現在位置でのビーム利得、及び無線端末が要求する品質の少なくとも１つを含む各無線端末固有の条件とに基づき、各無線端末の要求伝送速度を達成するために各無線端末に割り当てる無線リソースを計算する第１のステップと、
前記計算した無線リソースを、システムで共通の基準端末に割り当てた場合に得られる等価伝送速度を、各無線端末について計算する第２のステップと、
ビームごとに、該ビームに属する無線端末の等価伝送速度和を計算する第３のステップと、
前記等価伝送速度和に基づき、各ビームに割り当てる無線リソースを計算する第４のステップと、
を複数回、予め決められた回数だけ、または第４のステップで計算した各ビームに割り当てる無線リソースと前回の第４のステップで計算した無線リソースとの差が所定値以内となるまで繰り返し、最後の第１のステップで計算した無線リソースを各無線端末に配分することを特徴とする方法。
【請求項２】
第４のステップで計算する各ビームに割り当てる無線リソースは、等価伝送速度和を１台の基準端末で達成するのに必要な無線リソースであることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
第４のステップで計算する各ビームに割り当てる無線リソースは、システム全体の無線リソースを、各ビームの等価伝送速度和の比に応じて配分したものであることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項４】
第４のステップにおいて計算する各ビームに割り当てる無線リソースのうち、周波数帯域と電力は、その配分に応じて定まるビーム間干渉量に基づき決定することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項５】
第２のステップで計算する等価伝送速度は、基準端末の干渉量をビーム内での干渉量の平均値として計算することを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
新たに無線リソースを要求した無線端末が属するビームの電力密度に基づき、該無線端末の要求伝送速度を達成するために該無線端末に割り当てる無線リソースを計算し、
該無線端末が属するビームに割り当てている無線リソースから、前記計算した無線リソースの割当てが可能か否かを判定し、
割当て不可の場合に、前記第１のステップを開始することを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項７】
マルチビーム無線通信システムにおける基地局であって、
新たに無線リソースを要求した無線端末及び既に無線リソースが割り当てられている無線端末に対して、各ビームの電力密度と、無線端末の受信性能、無線端末の現在位置での干渉量、無線端末の現在位置でのビーム利得、及び無線端末が要求する品質の少なくとも１つを含む各無線端末固有の条件とに基づき、各無線端末の要求伝送速度を達成するために各無線端末に割り当てる無線リソースを計算し、前記計算した無線リソースを、システムで共通の基準端末に割り当てた場合に得られる等価伝送速度を、各無線端末について計算する換算手段と、
ビームごとに、該ビームに属する無線端末の等価伝送速度和を計算し、前記等価伝送速度和に基づき、各ビームに割り当てる無線リソースを計算するビームリソース配分手段と、
換算手段での処理とビームリソース配分手段での処理とを複数回、予め決められた回数だけ、またはビームリソース配分手段が計算した各ビームに割り当てる無線リソースと前回ビームリソース配分手段が計算した無線リソースとの差が所定値以内となるまで繰り返す様に制御する繰り返し制御手段と、
繰り返し制御手段による繰り返し終了後、換算手段が計算した各無線端末の無線リソースを、各無線端末に割り当てる端末リソース配分手段と、
を有することを特徴とする基地局。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マルチビーム無線通信システムにおける無線端末への無線リソース配分に関し、より詳細には、無線リソースの有効利用をはかることを目的とした、無線端末の特性を考慮しての無線リソース配分に関する。
【背景技術】
【０００２】
マルチビーム無線通信システムでは、周波数を繰り返し使用するためビーム間干渉が発生する。図９は、ビーム間干渉を説明する図である。図９においては、周波数ｆ１、ｆ２及びｆ３を繰り返し使用している。例えば、周波数ｆ１を使用しているビームの周囲にあるビームは、周波数ｆ２又はｆ３を使用し、周波数ｆ１を使用するものはないが、１つ飛ばしたビームには、周波数ｆ１を使用するものが存在する。ある領域又は地域へのビームは、その周辺の領域又は地域にも漏れ込むため、ビーム同士がお互いに干渉源となり、ビーム間干渉が発生する。
【０００３】
ビーム間干渉は、システム容量を低下させる原因となるため、ビーム間干渉が小さくなるように各ビームへの電力と周波数帯域といった、無線リソース量を調整する技術が提案されている（例えば、非特許文献１参照。）。
【０００４】
図１０は、従来技術による無線リソース配分方法のフロー図である。従来技術においては、変調方式、符号化方式といった伝送方式は予め決まっている。
（Ｓ１０１）まず、無線端末が要求する誤り率ＢＥＲ（Ｂｉｔ  Ｅｒｒｏｒ  Ｒａｔｉｏ）と、伝送速度を取得する。
（Ｓ１０２）伝送方式と、無線端末が要求する伝送速度から、必要な周波数帯域Ｗを算出する。
（Ｓ１０３）伝送方式と、無線端末が要求する誤り率ＢＥＲから、必要なＣ／（Ｎ＋Ｉ）を算出する。ここで、Ｃ／（Ｎ＋Ｉ）とは、キャリア電力Ｃに対する、干渉電力Ｉとノイズ電力Ｎの比である。
（Ｓ１０４）無線端末のＧ／Ｔと、無線端末の現在位置での干渉量Ｉ及びビーム利得Ｇγから、算出したＣ／（Ｎ＋Ｉ）を達成するために必要な電力Ｃを算出する。ここで、Ｇ／Ｔとは、無線端末のアンテナ利得に対する雑音温度の比であり、無線端末の受信性能の指標である。
（Ｓ１０５）無線端末に、算出した周波数帯域Ｗ及び電力Ｃを割当て、当該無線端末と、割り当てた周波数帯域Ｗ及び電力Ｃのビームにより通信を行う。尚、あるビーム全体の周波数帯域及び電力は、ビーム内にある無線端末に割り当てた周波数帯域及び電力の合計となる。
【０００５】
上記Ｓ１０４において、干渉量Ｉは、周波数帯域Ｗ内に、他ビームの電力が平均的に漏れ込むことと仮定して計算を行う。干渉量Ｉが、無線端末のビーム内の位置により異なるため、無線端末が要求する誤り率ＢＥＲ及び伝送速度が同一であっても、無線端末のビーム内位置により、通信に使用する電力が異なることとなる。図１１は、ビーム内位置と必要な電力との関係の例を示す図である。
【０００６】
無線端末のビーム内位置により、通信に使用する電力が変化することは、他ビームへの干渉量が変化することを意味する。図１２は、あるパターンで周波数を配置して計算した、各無線端末のＣ／（Ｎ＋Ｉ）である。図１２中の丸印は、品質劣化を生じさせないために必要となるＣ／（Ｎ＋Ｉ）の値である。例えば、図１２のビーム１の周波数帯域１を使用している無線端末のＣ／（Ｎ＋Ｉ）は、品質劣化を生じさせないために必要となる値を満足しているが、同一ビーム内において周波数帯域２を使用している無線端末のＣ／（Ｎ＋Ｉ）は、品質劣化を生じさせないために必要となる値を満足していない。
【０００７】
また、無線リソースの有効活用のためにビーム内の無線端末数や、ビーム内の無線端末数全体での所望伝送速度に応じて各ビームに無線リソースを配分する技術が提案されている（例えば、特許文献１、２及び３参照。）。
【０００８】
図１３は、従来技術による無線リソース配分の他の例を示す図である。図１３（ａ）は、ビームＡ、ビームＢ及びビームＣそれぞれに属する無線端末の要求伝送速度の合計を示しており、ビームＣ、ビームＢ、ビームＡの順で要求伝送速度の合計が小さくなっている。図１３（ｂ）は、（ａ）に示す要求伝送速度の合計に基づき、ビームＡ〜Ｃに割り振る無線リソースを示している。要求伝送速度の合計の大きい順に、無線リソースも多く配分している。最後に各ビーム内において、各無線端末に無線リソースの配分を行う。この様子を図１３（ｃ）に示す。図１３（ｃ）おいては、ビームＡ内には無線端末Ａ１及びＡ２が存在し、ビームＢ内には無線端末Ｂ１及びＢ２が存在し、ビームＣ内には無線端末Ｃ１及びＣ２が存在し、各ビーム内の無線端末の要求伝送速度は、それぞれ同一であることより、均等に無線リソースが配分されている。
【０００９】
【特許文献１】特開２００５−３３３３８号公報
【特許文献２】特開２００３−２５８８０６号公報
【特許文献３】特開２００３−１７９９６６号公報
【非特許文献１】Ｙ．Ｋｉｓｈｉ、Ｓ．Ｋｏｎｉｓｈｉ、Ｓ．Ｎｏｍｏｔｏ、“Ｏｐｔｉｍｕｍ  Ｒａｄｉｏ  Ｃｈａｎｎｅｌ  Ａｌｌｏｃａｔｉｏｎ  Ｔａｋｉｎｇ  Ａｃｃｏｕｎｔ  ｏｆ  Ｂｏｔｈ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  ａｎｄ  Ｐｏｗｅｒ  Ｃｏｎｓｔｒａｉｎｔｓ  ｆｏｒ  Ｗｉｄｅ−Ａｒｅａ  Ｗｉｒｅｌｅｓｓ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｓｙｓｔｅｍｓ”、ＩＥＩＣＥ  Ｔｒａｎｓ．Ｃｏｍｍｕｎ．、Ｖｏｌ．Ｅ８７−Ｂ、ＮＯ．１２、ｐｐ．３７２２−３７３３、２００４年１２月
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
各無線端末のＧ／Ｔや、要求する誤り率ＢＥＲや、その位置による干渉量Ｉは、無線端末毎に異なるため、上述した無線リソースの配分では、無線リソースの余剰又は不足が発生する。例えば、図１３において、無線端末Ａ２のＧ／Ｔが、無線端末Ａ１のＧ／Ｔよりも劣っておりまた、割り当てられた無線リソースで、無線端末Ａ１は要求伝送速度を達成するものとする。この場合、無線端末Ａ２は、要求伝送速度の達成のためには、点線で示す無線リソースを必要とし、割り当てられた無線リソースは不足している。また、図１３において、無線端末Ｂ２の干渉量が、無線端末Ｂ１の干渉量よりも小さく、割り当てられた無線リソースで、無線端末Ｂ２は要求伝送速度を達成するものとする。この場合、無線端末Ｂ１は、要求伝送速度の達成のためには、点線で示す無線リソースでよく、割り当てられた無線リソースは余剰である。更に、図１３において、無線端末Ｃ１の要求誤り率ＢＥＲが、無線端末Ｃ２の要求誤り率ＢＥＲより厳しく、割り当てられた無線リソースで、無線端末Ｃ２は要求伝送速度を達成するものとする。この場合、無線端末Ｃ１は、要求伝送速度の達成のためには、点線で示す無線リソースを必要とし、割り当てられた無線リソースは不足している。
【００１１】
従って、本発明は、無線リソースを、有効的に利用する無線リソース配分方法及び該無線リソース配分方法を実行する基地局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】
【００１２】
本発明における無線リース配分方法によれば、
マルチビーム無線通信システムにおける基地局での無線リソースの配分方法であって、新たに無線リソースを要求した無線端末及び既に無線リソースが割り当てられている無線端末に対して、各ビームの電力密度と、無線端末の受信性能、無線端末の現在位置での干渉量、無線端末の現在位置でのビーム利得、及び無線端末が要求する品質の少なくとも１つを含む各無線端末固有の条件とに基づき、各無線端末の要求伝送速度を達成するために各無線端末に割り当てる無線リソースを計算する第１のステップと、前記計算した無線リソースを、システムで共通の基準端末に割り当てた場合に得られる等価伝送速度を、各無線端末について計算する第２のステップと、ビームごとに、該ビームに属する無線端末の等価伝送速度和を計算する第３のステップと、前記等価伝送速度和に基づき、各ビームに割り当てる無線リソースを計算する第４のステップとを、複数回、予め決められた回数だけ、または第４のステップで計算した各ビームに割り当てる無線リソースと前回の第４のステップで計算した無線リソースとの差が所定値以内となるまで繰り返し、最後の第１のステップで計算した無線リソースを各無線端末に配分することを特徴とする。
【００１４】
また、本発明の無線リース配分方法における他の実施形態によれば、
第４のステップで計算する各ビームに割り当てる無線リソースは、等価伝送速度和を１台の基準端末で達成するのに必要な無線リソースであることも好ましい。
【００１５】
更に、本発明の無線リース配分方法における他の実施形態によれば、
第４のステップで計算する各ビームに割り当てる無線リソースは、システム全体の無線リソースを、各ビームの等価伝送速度和の比に応じて配分したものであることも好ましい。
【００１６】
更に、本発明の無線リース配分方法における他の実施形態によれば、
第４のステップにおいて計算する各ビームに割り当てる無線リソースのうち、周波数帯域と電力は、その配分に応じて定まるビーム間干渉量に基づき決定することも好ましい。
【００１７】
更に、本発明の無線リース配分方法における他の実施形態によれば、
第２のステップで計算する等価伝送速度は、基準端末の干渉量をビーム内での干渉量の平均値として計算することも好ましい。
【００１９】
更に、本発明の無線リース配分方法における他の実施形態によれば、
新たに無線リソースを要求した無線端末が属するビームの電力密度に基づき、該無線端末の要求伝送速度を達成するために該無線端末に割り当てる無線リソースを計算し、該無線端末が属するビームに割り当てている無線リソースから、前記計算した無線リソースの割当てが可能か否かを判定し、割当て不可の場合に、前記第１のステップを開始することも好ましい。
【００２０】
本発明における基地局によれば、
マルチビーム無線通信システムにおける基地局であって、新たに無線リソースを要求した無線端末及び既に無線リソースが割り当てられている無線端末に対して、各ビームの電力密度と、無線端末の受信性能、無線端末の現在位置での干渉量、無線端末の現在位置でのビーム利得、及び無線端末が要求する品質の少なくとも１つを含む各無線端末固有の条件とに基づき、各無線端末の要求伝送速度を達成するために各無線端末に割り当てる無線リソースを計算し、前記計算した無線リソースを、システムで共通の基準端末に割り当てた場合に得られる等価伝送速度を、各無線端末について計算する換算手段と、ビームごとに、該ビームに属する無線端末の等価伝送速度和を計算し、前記等価伝送速度和に基づき、各ビームに割り当てる無線リソースを計算するビームリソース配分手段と、換算手段での処理とビームリソース配分手段での処理とを複数回、予め決められた回数だけ、またはビームリソース配分手段が計算した各ビームに割り当てる無線リソースと前回ビームリソース配分手段が計算した無線リソースとの差が所定値以内となるまで繰り返す様に制御する繰り返し制御手段と、繰り返し制御手段による繰り返し終了後、換算手段が計算した各無線端末の無線リソースを、各無線端末に割り当てる端末リソース配分手段とを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２１】
各無線端末の要求伝送速度を達成するために各無線端末に割り当てる無線リソースを計算し、システムで共通の基準端末を用いて等価伝送速度に換算して無線リソースの配分を行うことで、各無線端末の性能、位置、要求品質を考慮した無線リソースの配分が可能となり、結果として余剰リソースの割当てを排除し、効率的な無線リソースの配分が実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
本発明を実施するための最良の実施形態について、以下では図面を用いて詳細に説明する。尚、以下の説明において、伝送方式とは、変調方式、符号化方式及び符号化率の組合せで特定される伝送のための方法を意味し、無線リソースとは、周波数帯域、電力、伝送方式のいずれか、又はそれらの組合せを意味するものとする。
【００２３】
図１は、本発明による無線リソース配分方法を適用する無線通信システムの構成図である。図１によると、基地局１は、ビーム２０、ビーム３０及びビーム４０を送信し、無線端末２−１〜２−Ｎ（Ｎは１以上の整数）がビーム２０内に存在し、無線端末３−１〜３−Ｍ（Ｍは１以上の整数）がビーム３０内に存在し、無線端末４−１〜４−Ｋ（Ｋは１以上の整数）がビーム４０内に存在している。尚、各ビーム内の無線端末の数は、不均一である。一般的には、無線端末数が多いほど、送受信される情報量も多くなり、従って、無線端末数が多いほど、ビーム全体としての要求伝送速度も高くなる。また、図１の構成は、基地局１が通信衛星を経由してビームを送信する形態であっても良い。
【００２４】
図２は、本発明による無線リソース配分方法のフロー図である。尚、以下の説明においては、ビーム２０内にある無線端末２−１が、通信を開始するために、基地局１に無線リソースを要求したものとする。また、ビーム２０内にある無線端末２−２〜２−ｎ（ｎはＮ以下の整数）、ビーム３０内にある無線端末３−１〜３−ｍ（ｍはＭ以下の整数）及びビーム４０内にある無線端末４−１〜４−ｋ（ｋはＫ以下の整数）は、既に無線リソースの割当てを受けているものとする。
【００２５】
まず、無線リソースを要求した無線端末２−１について、無線端末２−１固有の条件、即ち、無線端末２−１のＧ／Ｔと、無線端末２−１の現在位置での干渉量Ｉ及びビーム利得Ｇγと、無線端末２−１の要求するＢＥＲとに基づき端末リソース計算を行い、無線端末２-１が要求する伝送速度を達成するために必要な無線リソースである伝送方式Ｔ２−１と周波数帯域Ｗ２−１を決定する（Ｓ２０１）。
【００２６】
端末リソース計算について、図３を用いて説明する。まず、無線端末２−１が属するビーム２０に現在割り当てられている電力Ｐ２０及び周波数帯域Ｗ２０から電力密度Ｐ２０／Ｗ２０、即ち、単位周波数当たりの電力を求め、電力密度Ｐ２０／Ｗ２０と、無線端末２−１のＧ／Ｔと、無線端末２−１の現在位置での干渉量Ｉ及びビーム利得Ｇγから、無線端末２−１の受信Ｃ／（Ｎ＋Ｉ）を計算する（Ｓ３１）。続いて、計算した無線端末２−１の受信Ｃ／（Ｎ＋Ｉ）と、無線端末２−１が要求する誤り率ＢＥＲから、使用する伝送方式Ｔ２−１を決定する（Ｓ３２）。最後に、決定した伝送方式Ｔ２−１と、無線端末２−１が要求する伝送速度から、要求する伝送速度を達成するために必要な周波数帯域Ｗ２−１を決定する。
【００２７】
図２に戻り、Ｓ２０１で計算した、無線端末２−１の要求する伝送速度と誤り率ＢＥＲを満足するために必要な周波数帯域Ｗ２−１を、ビーム２０から配分可能であるか否かを判定する。言い換えると、ビーム２０内で、既に無線端末２−２〜無線端末２−ｎに割り当てている周波数帯域の合計であるＷ２−２＋Ｗ２−３＋・・・＋Ｗ２−ｎに、無線端末２−１への周波数帯域Ｗ２−１を加算した値が、ビーム２０に配分されている周波数帯域Ｗ２０以下であるか否かを判定する（Ｓ２０２）。ビーム２０に配分されている周波数帯域Ｗ２０以下であれば、配分可能であり、無線端末２１にＳ２０１で計算した周波数帯域Ｗ２−１を割り当てて無線リソース配分は終了する（Ｓ２０３）。
【００２８】
配分不可の場合は、無線端末２−１並びに既に無線リソースを割り当てている無線端末２−２〜無線端末２−ｎ、無線端末３−１〜無線端末３−ｍ及び無線端末４−１〜無線端末４−ｋ（以下、全無線端末という）に対して、無線リソースの再配分を行う（Ｓ２０５〜Ｓ２０７）。
【００２９】
まず、全無線端末それぞれについて、各無線端末固有の条件に基づき図３に示す端末リソース計算を行い、割り当てるべき伝送方式及び周波数帯域をそれぞれ算出する（Ｓ２０５）。続いて、Ｓ２０５で算出した伝送方式及び周波数帯域を、システムで所定の基準端末に割り当てた場合に得られる伝送速度である等価伝送速度を、各無線端末、それぞれについて算出する（Ｓ２０６）。基準端末は、システムの基準となる仮想的な無線端末であり、所定Ｇ／Ｔと、所定の要求ＢＥＲを持ち、干渉量Ｉがビーム内での平均となる位置に存在するものと定義する。
【００３０】
続いて、ビーム２０内にある無線端末２−１〜２−ｎの等価伝送速度の合計と、ビーム３０内にある無線端末３−１〜３−ｍの等価伝送速度の合計と、ビーム４０内にある無線端末４−１〜４−ｋの等価伝送速度の合計を計算する。最後に、各ビーム内の無線端末の等価伝送速度の合計に基づき、システム全体で利用可能な周波数帯域Ｗｓｙｓ及び電力Ｐｓｙｓを、各ビームに配分する（Ｓ２０７）。
【００３１】
Ｓ２０７において、各ビームの周波数帯域及び電力が変更されたことは、各ビームの電力密度が変更されたことを意味し、各ビームの電力密度は、図３に示す端末リソース計算の前提条件であるため、結局Ｓ２０５〜Ｓ２０７の計算結果に影響を及ぼす。従って、Ｓ２０５〜Ｓ２０７をＬ回繰り返して計算して、各ビームに配分する周波数帯域及び電力を収束させる。（Ｓ２０８、Ｓ２０９）。
【００３２】
図５は、Ｓ２０５〜Ｓ２０７を繰り返して計算することにより、ビーム内の各無線端末のＣ／（Ｎ＋Ｉ）の平均が収束する様子を示している。図５によると、Ｌ＝５程度で収束することがわかる。
【００３３】
尚、繰り返しは、予め決められた回数だけ繰り返すとすることも、各ビームに配分する無線リソースの値と、前回計算した無線リソースの値との差が所定値以内となるまで繰り返すとすることも可能である。
【００３４】
繰り返し計算した後、各ビームに割り当てた周波数帯域及び電力により、各ビームの無線端末の等価伝送速度合計を達成することができる場合には（Ｓ２１０）、全無線端末に、Ｓ２０５で計算した伝送方式と周波数帯域を割り当てる（Ｓ２１１）。一方、達成できない場合には、無線端末２−１に対する無線リソースの配分は不可として終了する（Ｓ２１２）。
【００３５】
尚、Ｓ２０７及びＳ２１０において、各ビームに配分する無線リソースは、各ビームの等価伝送速度和を該ビームにある１台の基準端末で達成するのに必要な無線リソースとすることも、システム全体の無線リソースを各ビームの等価伝送速度和の比に応じて配分した無線リソースとすることも可能である。前者の場合は、無線端末が要求する伝送速度を保障する保障型サービスとなり、後者の場合は、ベストエフォート型サービスとなる。
【００３６】
また、システム全体の伝送速度増大には、ビーム間干渉の低減が効果的であり、ビーム間干渉を最小とする、Ｓ２０７でのビームリソース配分について説明する。
【００３７】
マルチビーム無線通信システムにおいて、ビームの電力が大きくなるほど、周辺ビームへの干渉が大きくなる。干渉量を低減するために電力量を小さくすると、所望の伝送速度を達成するために、使用する周波数帯域を広くしなければならず、その結果周辺ビームで使用できる周波数帯域が狭くなり、結局、周辺ビームで所望の伝送速度を達成するための電力が増加し、干渉が増大する。従って、干渉を低減するためには、各ビームの電力と周波数帯域をバランスよく配分する必要がある。
【００３８】
具体的には、ビーム間干渉を、電力と周波数帯域の関数とし、ビーム間干渉の最小値を求める最適化手法を適用する。単純な適用方法としては、最適化対象となるパラメータとして、ビーム毎の電力と周波数帯域を使用する方法が考えられるが、最適化パラメータが多いと極小解となる場合が発生する。
【００３９】
従って、拘束条件を加えて、最適化対象となるパラメータを減少させる。マルチビーム無線通信システムにおいて、拘束条件となり得るものは、システム全体としてビーム間干渉が低くなる条件である。例えば、周波数クラスタを構成する複数ビームへ配分する周波数帯域の合計が、必ずシステムの上限周波数帯域となることや、全クラスタ間において、ビームの周波数帯域を等しくすることがある。
【００４０】
また、配分方法としては、逐次２次計画法などの非線形モデルを対象とした最適化手法を適用する。つまり、ビームの伝送速度を、ビーム内の無線端末の等価伝送速度の和とし、システム全体でビーム間干渉が最小となるように、拘束条件付逐次２次計画法で、各ビームへの電力と周波数帯域の量を解くことで、各ビームに割り当てる電力及び周波数帯域を求める。この方法をビーム間干渉最小リソース配分法と呼ぶ。表１に、ビーム間干渉最小リソース配分法を用いて最適化を行った場合と、行わなかった場合の伝送速度の比較を示す。
【００４１】
【表１】
0004506615.tif 000002
続いて、等価伝送速度についてより詳細に説明する。図６のモデム特性から理解できる様に、伝送速度は、周波数帯域Ｗと、受信電力Ｃ（送信電力とビーム利得の積）と、熱雑音Ｎと、干渉量Ｉと、誤り率ＢＥＲと、伝送方式Ｔとから求めることができる。
【００４２】
例えば、ＢＥＲを１０−５で、熱雑音は周波数によらず一定とし、あるビームに配分された電力密度Ｐ／Ｗ＝Ｐｒから、図６の縦軸の受信Ｃ／（Ｎ＋Ｉ）を無線端末のＧ／Ｔに変換し、図６を書き換えると、図７（ａ）のグラフを得ることができる。次に、図７（ａ）のグラフから、周波数帯域をパラメータとする図７（ｂ）を得ることができる。
【００４３】
無線端末が要求する伝送速度となる縦軸の点と、当該無線端末のＧ／Ｔとなる横軸の点の交点を通るグラフの、基準端末のＧ／Ｔとの交点での伝送速度が等価伝送速度となる。つまり、端末が要求する伝送速度を達成するために必要な無線リソースを基準端末に与えたときの伝送速度であり、等価伝送速度を用いることにより、無線端末の特性、要求品質及び無線端末の位置による干渉量を包含して考慮した無線リソースの配分が可能となる。
【００４４】
無線端末の要求伝送速度から等価伝送速度への換算においては、無線端末のＧ／Ｔの代わりに無線端末の位置や誤り率を用いてもよい。更に、無線端末のＧ／Ｔと、位置と、誤り率ＢＥＲの任意の組合せを用いてもよい。例えば、無線端末の位置が、ビームの中心であるほど、ビーム利得Ｇγが大きくなり、干渉量Ｉが小さくなるため、無線端末の受信Ｃ／（Ｎ＋Ｉ）が高くなる。逆に、無線端末がビームの端に近づくほど、無線端末の受信Ｃ／（Ｎ＋Ｉ）が低くなる。従って、無線端末のビーム内での位置と、無線端末の受信Ｃ／（Ｎ＋Ｉ）との関係を用いて、無線端末が要求する伝送速度を、等価伝送速度に換算することができる。この場合、図７（ｂ）に相当するグラフの横軸はビーム内の位置となり、例えば、ビーム内での干渉量の平均値となる位置を基準端末の位置として等価伝送速度に換算する。
【００４５】
同様に、誤り率ＢＥＲを用いると、端末が要求する伝送速度を、所定のＢＥＲに対する等価伝送速度に換算することができる。
【００４６】
また、時分割多重接続システムにおいては、タイムスロットも無線リソースとして配分の対象になる。
【００４７】
図４は、本発明による基地局１のブロック図である。図４によると、基地局１は、各無線端末とビームの送受信を行うモデム１０と、端末リソース配分部１１と、ビームリソース配分部１２と、換算部１３と、端末特性データベース１４と、ビームリソース最適化部１５と、トラフィック測定部１６と、繰り替えし制御部１７とを備えている。
【００４８】
換算部１３は、端末特性データベース１４から無線端末のＧ／Ｔ、要求ＢＥＲや、無線端末の現在位置での干渉量Ｉといった情報を取得し、無線端末が要求する伝送速度を、基準端末に対する等価伝送速度に変換する。
【００４９】
ビームリソース配分部１２は、ビーム内の無線端末の等価伝送速度和を達成するように、電力と周波数帯域の配分を行う。又は、各ビームの等価伝送速度和の比に応じて、システム全体の電力と周波数の配分を行う。
【００５０】
ビームリソース最適化部１５は、上述したビーム間干渉最小リソース配分法を用いて、配分する電力と周波数の調整を行い、繰り替えし制御部１７は、等価伝送速度の計算とビームリソース配分の繰り返し、即ち、図２のＳ２０５〜Ｓ２０７の繰り返しを制御する。
【００５１】
端末リソース配分部１１は、ビームに割り当てられた周波数帯域及び電力から、無線端末に周波数帯域及び電力の割当てを行う。
【００５２】
トラフィック測定部１６は、無線端末のトラフィックを測定する。トラフィック測定部１６が測定した伝送速度は、無線端末が要求する伝送速度の代わりとして利用できる。
【００５３】
本発明による無線リソース配分方法と、非特許文献１及び特許文献１に記載の方法に対し、ビーム毎に収容可能な最大端末数の比較を行う。全１９個のマルチビームに対し、各ビームは、無線端末が均一に分布する均一ビームか、不均一に分布する不均一ビームのいずれかとし、均一ビームと不均一ビームの組合せを、表２に示すパターン１からパターン３の３種類を設けて、それぞれについて比較を行った。尚、不均一ビームは、ビーム内の最低Ｃ／（Ｎ＋Ｉ）となる位置に、ビーム内の全無線端末のＸ％が集中し、残りの無線端末がビーム内に均一に分布するものとした。尚、ｘ＝Ｘ／１００を端末集中率と呼ぶ。
【００５４】
【表２】
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図８は、端末集中率に対するビーム内の収容端末数の比較結果である。特許文献１による方法は、ビーム間干渉低減の効果により、非特許文献１に記載の方法よりも収容端末数が増加する。しかし、ビーム内に無線端末が均一分布すると想定して各ビームへ無線リソースの配分を行うため、端末集中率が増加するほど想定と異なる分布となる。このため、特許文献１に記載の方法は、端末集中率の増加に対して均一ビームの収容端末数は一定であるが、不均一ビームの収容端末数が大きく低下する。
【００５５】
一方、本発明による方法では、ビーム内の無線端末位置に応じて各ビームに無線リソースの配分を行うため、均一ビームと不均一ビームは、総ての端末集中率において、収容端末数が同数となり、従来技術と比較し不均一ビームの端末収容数が最大１．３倍程度増加している。ここでは、収容端末数を評価したが、実際に通信を行っている無線端末数が収容端末数より少ないときは、余っている無線リソースを、通信を行っている無線端末に加算して、伝送速度を向上させることもできる。
【００５６】
以上説明したように、無線端末の特性を考慮しながら、システムの伝送容量を増加させるように、各ビーム及び各無線端末に無線リソースを配分することで、無線リソースを有効利用する。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本発明による無線リソース配分方法を適用する無線通信システムの構成図である。
【図２】本発明による無線リソース配分方法のフロー図である。
【図３】端末リソース計算のフロー図である。
【図４】本発明による基地局のブロック図である。
【図５】ビーム内の各無線端末のＣ／（Ｎ＋Ｉ）の平均が収束する様子を示す図である。
【図６】モデム特性を示す図である。
【図７】等価伝送速度の換算を説明する図である。
【図８】本発明と従来技術での収容無線端末数の比較結果を示す図である。
【図９】ビーム間干渉を説明する図である。
【図１０】従来技術による無線リソース配分方法のフロー図である。
【図１１】ビーム内位置と必要な電力との関係を示す図である。
【図１２】ビーム毎の周波数帯域と、Ｃ／（Ｎ＋Ｉ）の関係例を示す図である。
【図１３】従来技術による無線リソース配分の他の例を示す図である。
【符号の説明】
【００５８】
１  基地局
１０  モデム
１１  端末リソース配分部
１２  ビームリソース配分部
１３  換算部
１４  端末特性データベース
１５  ビームリソース最適化部
１６  トラフィック測定部
１７  繰り替えし制御部
２−１〜２−Ｎ、３−１〜３−Ｍ、４−１〜４−Ｋ  無線端末
２０、３０、４０  ビーム
【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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