(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の無線局が分散配置され、各無線局が近隣の複数の無線局のそれぞれと有指向性のアンテナを相互に対向させて無線リンクを確立する無線ネットワークの周波数割り当てシステムにおいて、
自局と隣接局との相対的な位置関係および無線リンクの状態をリンク構成情報として検知し、これを他局と交換するリンク構成情報交換手段と、
前記リンク構成情報に基づいて、各無線局の相対的な距離および方向を認識する解析手段と、
前記解析結果に基づいて、各無線リンクを、同一の周波数スロットを割り当てても相互に混信あるいは干渉する可能性の低い位置関係にある無線リンク同士が同一カテゴリに分類されるように、複数のカテゴリに分類するカテゴリ分類手段と、
各カテゴリに異なる周波数スロットを割り当てる周波数割り当て手段と、
各無線リンクを、当該無線リンクが属するカテゴリに割り当てられた周波数スロットで運用する周波数運用手段とを具備し、
前記カテゴリ分類手段は、
列方向に指向した一の基準無線リンクと同一指向で同一列上に位置する他の無線リンクを、当該一の基準無線リンクから列方向に所定のリンク数分だけ離れるごとに、前記一の基準無線リンクと同一のカテゴリに分類する手段と、
列方向に指向した一の基準無線リンクと同一指向で異なる列上に位置する他の無線リンクを、当該一の基準無線リンクから行列の各方向に所定のリンク数分だけ離れるごとに、前記一の基準無線リンクと同一のカテゴリに分類する手段と、
列方向に指向した一の基準無線リンクと指向の異なる他の無線リンクを、当該一の基準無線リンクから行列の各方向に所定のリンク数分だけ離れるごとに、前記一の基準無線リンクと同一のカテゴリに分類する手段とを含むことを特徴とする無線ネットワークの周波数割り当てシステム。
【請求項２】
前記ネットワークがメッシュ網であり、各無線局が行列のマトリックス状に配置されたことを特徴とする請求項１に記載の無線ネットワークの周波数割り当てシステム。
【請求項３】
各無線リンクの通信品質を監視する監視手段と、通信品質の低下した無線リンクを含むカテゴリに割り当てられている周波数スロットを他の周波数スロットに更新する周波数更新手段とをさらに具備したことを特徴とする請求項１または２に記載の無線ネットワークの周波数割り当てシステム。
【請求項４】
複数の無線局が分散配置され、各無線局が近隣の複数の無線局のそれぞれと有指向性のアンテナを相互に対向させて無線リンクを確立する無線ネットワークの周波数割り当て方法において、
一の基準無線局が他の無線局との間に確立する複数の基準無線リンクのそれぞれを異なるカテゴリに分類する手順と、
各基準無線リンクと所定の位置関係にある他の無線リンクを、各基準無線リンクと同一カテゴリに分類する手順と、
各カテゴリに異なる周波数スロットを割り当てる手順と、
各カテゴリに属する全ての無線リンクに、各カテゴリに割り当てられた周波数スロットと同一の周波数スロットを割り当てる手順とを含み、
前記所定の位置関係は、
列方向に指向した一の無線リンクと同一指向で同一列上に位置し、当該一の無線リンクから列方向に所定のリンク数分づつ離れた第１の位置関係と、
前記列方向に指向した一の無線リンクと同一指向で異なる列上に位置し、当該一の無線リンクから行列の各方向に所定のリンク数分づつ離れた第２の位置関係と、
前記列方向に指向した一の無線リンクと指向が異なり、当該一の無線リンクから行列の各方向に所定のリンク数分づつ離れた第３の位置関係とを含むことを特徴とする無線ネットワークの周波数割り当て方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、無線ネットワークの周波数割り当て方法およびシステムに係り、特に、少ない周波数スロットで高品質の無線リンクを多数確立できるようにした無線ネットワークの周波数割り当て方法およびシステムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
準ミリ波帯・ミリ波帯を使った無線通信により加入者系アクセス回線を提供するFWA（Fixed Wireless Access）システムには、一般的に２つの方式が存在する。その一つは、通信事業者とユーザとを1対1で結んで使用する「ポイント・ツー・ポイント（Point to Point：P-P）方式」であり、企業向けの光ファイバの代替用途として用いられることが多い。
【０００３】
もう１つは、事業者から送信される電波を複数のユーザで共用する「ポイント・ツー・マルチポイント（Point to Multipoint：P-MP）方式」であり、セルラー的に配置された無線基地局から１km程度の範囲内でのローカルループとして小規模事業者、SOHOあるいは家庭などと送受信する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来のFWAシステムは、光ファイバの代替用途として企業向けの高速専用線サービスとして利用されることが多く、高い通信品質を目標とするあまり、降雨減衰などを考慮して数十dBにも及ぶ回線マージンを確保してきた。このため、晴天時にはオーバーリーチ干渉や混信が無視できなくなって周波数の利用効率やネットワークの高密度化を実現することが難しかった。
【０００５】
本発明の目的は、上記した従来技術の課題を解決し、周波数の利用効率を高めてネットワークの高密度化を達成できる無線ネットワークの周波数割り当て方法およびシステムを提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記した目的を達成するために、本発明は、複数の無線局が分散配置され、各無線局が近隣の複数の無線局のそれぞれと有指向性のアンテナを相互に対向させて無線リンクを確立する無線ネットワークの周波数割り当てシステムにおいて、ネットワークのトポロジを解析するトポロジ解析手段と、前記トポロジの解析結果に基づいて、各無線リンクを複数のカテゴリに分類するカテゴリ分類手段と、各カテゴリに異なる周波数スロットを割り当てる周波数割り当て手段と、各無線リンクを、当該無線リンクが属するカテゴリに割り当てられた周波数スロットで運用する周波数運用手段とを設け、前記カテゴリ分類手段は、一の基準無線局が他の無線局との間に確立する複数の基準無線リンクのそれぞれを異なるカテゴリに分類し、各基準無線リンクと所定の位置関係にある他の無線リンクを、各基準無線リンクと同一カテゴリに分類することを特徴とする。
【０００７】
上記した特徴によれば、同一の周波数スロットを割り当てても相互に混信あるいは干渉する可能性の低い位置関係にある無線リンク同士を同一カテゴリに分類して同一の周波数スロットを割り当てることができるので、少ない周波数スロットで高品質の無線リンクを多数確立できるようになり、周波数の利用効率やネットワークの高密度化が達成される。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の好ましい実施の形態について説明する。図１は、本発明の周波数割り当てシステムが適用される無線ネットワークの構成を示した図である。ここでは、複数の固定無線局Ｎが１ないし４ｋｍ程度の間隔で行（東西方向）列（南北方向）のマトリックス状に分散配置され、相互に無線リンクＬを確立して通信する無線メッシュ網を例にして説明する。
【０００９】
図２は、前記無線メッシュ網の一部を抜き出して示した図であり、無線局Ｎ22に着目すると、その東西南北にはそれぞれ無線局Ｎ23、Ｎ21、Ｎ32、Ｎ12が配置されている。無線局Ｎ22には、隣接する各無線局Ｎ23、Ｎ21、Ｎ32、Ｎ12に向けて、パラボラアンテナ等の指向性の鋭いアンテナＡＴ2223、ＡＴ2221、ＡＴ2232、ＡＴ2212がそれぞれ設けられている。
【００１０】
無線局Ｎ22の各アンテナＡＴ2223、ＡＴ2221、ＡＴ2232、ＡＴ2212は、隣接する各無線局Ｎ23、Ｎ21、Ｎ32、Ｎ12のそれぞれに設けられたアンテナＡＴ2322、ＡＴ2122、ＡＴ3222、ＡＴ1222と対向し、それぞれ無線リンクＬ2223、Ｌ2221、Ｌ2232、Ｌ2212を確立する。
【００１１】
図３は、前記無線局Ｎの構成を示したブロック図であり、各無線局Ｎは同等の構成を有するので、ここでは無線局Ｎ22を例にして説明する。
【００１２】
前記４つのアンテナＡＴ2223、ＡＴ2221、ＡＴ2232、ＡＴ2212は、それぞれ送受信機１０１の送受信部１０１Ｅ、１０１Ｗ、１０１Ｓ、１０１Ｎに接続されている。リンク構成情報交換部１０２は、自局Ｎ22の位置、自局と隣接局Ｎ23、Ｎ21、Ｎ32、Ｎ12との相対的な位置関係、無線リンクＬ2223、Ｌ2221、Ｌ2232、Ｌ2212の状態などを含むリンク構成情報を送受信機１０１を介して他局に配信すると共に、他局から同様に配信されるリンク構成情報を収集する。
【００１３】
トポロジ解析部１０３は、前記リンク構成情報交換部１０２から提供されるリンク構成情報に基づいて当該無線メッシュ網のトポロジを解析し、各無線局同士の相対的な距離及び方向を認識する。
【００１４】
カテゴリ分類部１０８は、前記トポロジの解析結果に基づいて、後に詳述するように、同一の周波数スロットを割り当てても相互に混信あるいは干渉する可能性の低い位置関係にある無線リンク同士が同一カテゴリに分類されるように、無線メッシュ網を構成する各無線リンクを複数のカテゴリに分類する。
【００１５】
デフォルト周波数割り当て部１０４は、各カテゴリに異なる周波数スロットを割り当てる。同一カテゴリに属する各無線リンクには同一の周波数スロットが割り当てられる。周波数運用部１０７は、前記デフォルト周波数割り当て部１０４により各無線リンクに割り当てられた周波数スロットで各無線リンクの運用を開始する。
【００１６】
混信干渉監視部１０５は、各無線リンクにおける混信や干渉を管理する。周波数更新部１０６は、前記各無線リンクの混信や干渉の程度に応じて、各無線リンクに割り当てられている現在の周波数スロットを最適な他の周波数スロットに更新する。周波数運用部１０７は、前記周波数更新部１０６による更新内容に応答して、運用周波数を最適な周波数に更新する。
【００１７】
次いで、図４のフローチャートを参照して本実施形態の動作を説明する。ステップＳ１では、各無線局Ｎのリンクステータス情報交換部１０２がリンク構成情報を交換し合う。ステップＳ２では、各無線局Ｎのトポロジ解析部１０３が、前記リンクステータス情報に基づいてメッシュ網のトポロジを解析し、各無線局同士の相対的な距離及び位置を認識する。ステップＳ３では、各無線局Ｎのカテゴリ分類部１０８およびデフォルト周波数割り当て部１０４が協調して、メッシュ網内の各リンクに周波数スロットを割り当てる。
【００１８】
図５は、前記カテゴリ分類部１０８およデフォルト周波数割り当て部１０３によるデフォルト周波数割り当て処理の動作を示したフローチャートであり、ステップＳ３１では、メッシュ網内の各無線リンクを複数のカテゴリに分類するカテゴリ分類処理が、前記カテゴリ分類部１０８により実行される。
【００１９】
図６は、カテゴリ分類処理による分類手順を示した図であり、無線局Ｎ22に着目すると、その北に位置する無線局Ｎ12との無線リンクＬ1をカテゴリ１に分類し、東に位置する無線局Ｎ23との無線リンクＬ2をカテゴリ２に分類し、西に位置する無線局Ｎ21との無線リンクＬ3をカテゴリ３に分類し、南に位置する無線局Ｎ32との無線リンクＬ4をカテゴリ４に分類する。
【００２０】
ステップＳ３２では、無線局Ｎ22と無線局Ｎ12とを結ぶ列方向のリンクＬ1（カテゴリ１）に着目し、当該無線リンクＬ1と同一指向で同一列上に位置する各無線リンクに対しては、所定の距離以上離間されているリンクごとに同一カテゴリに分類する。本実施形態では、列方向に３リンク分だけ離間されるごとに同一カテゴリに分類するものとし、図６では、無線局Ｎ52−Ｎ62間の無線リンクＬ11をカテゴリ１に分類する。
【００２１】
ステップＳ３３では、カテゴリ１に分類された各無線リンクＬ1xと同一指向で異なる列上に位置する各無線リンクに関しても、カテゴリ１の各無線リンクとの相対的な位置関係が所定の関係にあれば同一カテゴリに分類する。
【００２２】
本実施形態では、北西−南東の方向に関して、カテゴリ１の各無線リンクＬ1xから列方向に１リンク分離間され、かつ行方向に１リンク分離間されるごとに同一カテゴリに分類するものとし、無線局Ｎ23−Ｎ33間の無線リンクＬ12、無線局Ｎ34−Ｎ44間のリンクＬ13、無線局Ｎ45−Ｎ55間の無線リンクＬ14…をカテゴリ１に分類する。
【００２３】
ステップＳ３４では、カテゴリ１に分類された各無線リンクＬ1xと指向の異なる各無線リンクに関しても、カテゴリ１の各無線リンクＬ1xとの相対的な位置関係が所定の関係にあれば同一カテゴリに分類する。
【００２４】
本実施形態では、列方向に指向したカテゴリ１の各リンクＬ1xから列方向に１リンク分離間した無線局から行方向に指向したリンクを同一カテゴリに分類するものとし、無線局Ｎ31−Ｎ32間の無線リンクＬ16、無線局Ｎ42−Ｎ43間の無線リンクＬ17…をカテゴリ１に分類する。
【００２５】
以上のようにしてカテゴリ１の分類が終了すると、今度は無線局Ｎ22と無線局Ｎ23とを結ぶ行方向の無線リンクＬ2に着目する。そして、上記した分類方法と同様に、当該無線リンクＬ2と所定の位置関係にある各無線リンクをカテゴリ２に分類する。
【００２６】
以下同様に、無線局Ｎ22と無線局Ｎ32とを結ぶ行方向の無線リンクＬ3と所定の位置関係にある各無線リンクをカテゴリ３に分類する。さらに、無線局Ｎ22と無線局Ｎ21とを結ぶ列方向の無線リンクＬ4と所定の位置関係にある各無線リンクをカテゴリ４に分類する。図６では、同一カテゴリに属する無線リンクが同一のハッチングを付した矢印で示されている。
【００２７】
以上のようにして各無線リンクのカテゴリ分類が終了すると、ステップＳ３６では、デフォルト周波数割り当て部１０４が、各カテゴリに対して相互に異なる周波数スロットを割り当てる。
【００２８】
本実施形態では、図７に示したように７つの周波数スロットＦ1〜Ｆ7が予め確保されているものとし、各カテゴリ１〜４にはデフォルト周波数として、それぞれ周波数スロットＦ１、Ｆ３、Ｆ７、Ｆ５が割り当てられる。前記デフォルト周波数は、各無線リンクが相互に干渉し合わないように、隣接チャネル間干渉や第３次相互変調積を考慮して割り当てることがのぞましい。
【００２９】
ステップＳ３７では、各カテゴリ１〜４に割り当てる周波数スロットの優先度を決定して優先度テーブルへ登録する。 図８は、前記優先度テーブルの一例を示した図であり、カテゴリ１の優先度はＦ１＞Ｆ６＞Ｆ３…に設定される。同様に、カテゴリ２の優先度はＦ３＞Ｆ６＞Ｆ１…に設定される。カテゴリ３の優先度はＦ７＞Ｆ２＞Ｆ５…に設定される。カテゴリ４の優先度はＦ５＞Ｆ２＞Ｆ７…に設定される。
【００３０】
以上のようにして、デフォルト周波数の割り当て処理が終了すると、当該処理は図４のステップＳ４へ進む。ステップＳ４では、前記デフォルト周波数割り当て部１０４で割り当てられたデフォルト周波数が周波数運用部１０７へ通知される。周波数運用部１０７は、送受信機１０１の各送受信部に前記デフォルト周波数を登録して当該デフォルト周波数での運用を開始する。
【００３１】
このように、本実施形態では、同一の周波数スロットを割り当てても相互に混信あるいは干渉する可能性の低い位置関係にある無線リンク同士が同一カテゴリに分類されるように、無線メッシュ網を構成する各無線リンクを複数のカテゴリに分類し、各カテゴリに異なる周波数スロットを割り当てたので、少ない周波数スロットで多数の無線リンクを確立できるようになる。
【００３２】
ところで、無線リンクは降雨減衰等によりリンクの状態が変化するため、デフォルト周波数による運用が常に最適とは限らない。そこで、本実施形態では各無線リンクの通信品質を前記混信干渉監視部１０５において定期的に監視し、混信や干渉の有無あるいは程度に応じて、周波数更新部１０６が各カテゴリに割り当てる周波数スロットを動的に更新する。
【００３３】
各無線局の混信干渉監視部１０５は、自局の無線リンクを対象に混信干渉試験を定期的に行い、試験結果を他の無線局と交換し合うことで近隣の各無線局間での混信干渉を認識して混信干渉管理テーブル１０５ａを作成する。
【００３４】
図９は、混信干渉管理テーブル１０５ａの一例を示した図であり、縦軸に送信局、横軸に受信局をとり、各無線局間の混信干渉状態を周波数スロットごとに管理している。
【００３５】
周波数更新部１０６は混信干渉管理テーブル１０５ａを参照し、混信や干渉が所定の基準値を超える無線リンクが存在すると、当該無線リンクに割り当てる周波数スロットを、前記図８に関して説明した優先度テーブルに基づいて変更する。すなわち、カテゴリ１の無線リンクに混信や干渉が発生していると、このカテゴリ１に割り当てる周波数スロットを、現在の周波数スロットＦ１から優先度の一つ低い周波数スロットＦ６に更新する。
【００３６】
このように、本実施形態によれば、各無線リンクの状態を定期的に監視し、混信や干渉の頻度が高い無線リンクに割り当てた周波数スロットを他の周波数スロットに変更するので、通信品質を常に良好に保つことができる。
【００３７】
【発明の効果】
本発明によれば、以下のような効果が達成される。
(1)同一の周波数スロットを割り当てても相互に混信あるいは干渉する可能性の低い位置関係にある無線リンク同士が同一カテゴリに分類されるように、無線メッシュ網を構成する各無線リンクを複数のカテゴリに分類し、各カテゴリに異なる周波数スロットを割り当てた。したがって、少ない周波数スロットで高品質の無線リンクを多数確立できるようになり、周波数の利用効率やネットワークの高密度化が達成される。
(2)各無線リンクの状態を定期的に監視し、混信や干渉の頻度が高い無線リンクに割り当てた周波数スロットを他の周波数スロットに変更するので、通信品質を常に良好に保つことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の周波数割り当てシステムが適用される無線ネットワークの構成を示した図である。
【図２】  図１の無線メッシュ網の一部を抜き出して示した図である。
【図３】  無線局の構成を示したブロック図である。
【図４】  本実施形態の動作を示したフローチャートである。
【図５】  デフォルト周波数割り当て処理のフローチャートである。
【図６】  カテゴリ分類手順を説明するための図である。
【図７】  周波数スロットＦ1〜Ｆ7の一例を示した図である。
【図８】  優先度テーブルの一例を示した図である。
【図９】  混信干渉管理テーブルの一例を示した図である。
【符号の説明】
１０１…送受信機，１０２…リンク構成情報交換部，１０３…トポロジ解析部，１０４…デフォルト周波数割り当て部，１０５…混信干渉監視部，１０６…周波数更新部，１０７…周波数運用部，１０８…カテゴリ分類部
【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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